JP5450278B2 - 通信システム、受信装置、送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、周波数帯域を有効利用して通信することができる通信システム、受信装置、送信装置に関する。

従来、無線通信や有線通信において、需要増大に伴い周波数帯域の利用効率の向上が求められている。

その周波数帯域の利用効率向上を図るために、例えば、変調した変調信号を複数のサブ変調信号に分割して送信し、送信された複数のサブ変調信号を受信して元の変調信号に復調することで、周波数軸上に散在する空き帯域を利用する技術が開示されている（非特許文献１参照）。

図９は、一例として、変調信号を複数の帯域に分割送信する送信装置５１０、および送信装置から送信された信号を受信し、分割前の変調信号を復元する受信装置５２０から構成される従来の通信システム５００を示す。
図９に示すように、送信装置５１０は変調回路６０１、送信フィルタバンク６０２、Ｄ／Ａ変換器６０３を備える。受信装置５２０は、Ａ／Ｄ変換器６１１、受信フィルタバンク６１２、復調回路６１３を備える。

送信フィルタバンク６０２は、直並列変換回路６０４、ＦＦＴ(高速フーリエ変換)回路６０５、分割回路６０４、周波数シフタ６０７−１〜６０７−Ｎ、加算回路６０８、ＩＦＦＴ(高速逆フーリエ変換)回路６０９、並直列変換回路６１０を備える。

受信フィルタバンク６１２は、直並列回路６１４、ＦＦＴ回路６１５、抽出回路６１４、周波数シフタ６１７−１〜６１７−Ｎ、加算回路６１８、ＩＦＦＴ回路６１９、並直列変換回路６２０を備える。

続いて、上記通信装置５００における信号の流れについて説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、送信装置５１０において帯域をＮ分割（Ｎ＝２）し帯域を分散配置の一例を示す。図１０（ｄ）〜（ｆ）は、受信装置５２０において送信装置５１９により分割された帯域を合成する場合の一例を示す。

送信装置５１０は、変調回路６０１において送信するデータ信号をＱＰＳＫなどの変調方式で変調し、図１０（ａ）に示す波形整形された変調信号を送信フィルタバンク６０２へ入力する。送信フィルタバンク６０２からの出力信号は、Ｄ／Ａ変換器６０３でアナログ信号に変換され送信される。

送信フィルタバンク６０２では、入力信号を直並列変換回路６０４で直並列変換し、ＦＦＴ回路６０５で高速フーリエ変換を行い、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する。次に、周波数領域に変換された変調信号に対し、分割回路６０４で図１０（ａ）の破線で示す信号帯域をＮ分割する係数を乗算し、Ｎ個のサブ変調信号を生成する（図１０（ｂ））、その後、Ｎ個のサブ変調信号を周波数シフタ６０７−１〜６０７−Ｎで周波数軸上の所定の帯域に分散配置し、加算回路６０８で周波数シフタ６０７−１〜６０７−Ｎの出力を足し合わせる（図１０（ｃ））。最後に、ＩＦＦＴ回路６０９で高速逆フーリエ変換を行い、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換し、並直列変換回路６１０で並直列変換する。

受信装置５２０では、受信信号をＡ／Ｄ変換器６１１でデジタル信号に変換し、受信フィルタバンク６１２へ入力し、復調回路６１３は受信フィルタバンク６１２から出力された変調信号を復調しデータ信号を復元する。

受信フィルタバンク６１２では、入力信号を直並列変換回路６１４で直並列変換し、ＦＦＴ回路１１５で高速フーリエ変換を行い、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する。次に、周波数領域に変換された受信信号に対し、抽出回路６１４で図１０（ｄ）の破線で示す係数を乗算し、Ｎ個のサブ変調信号を抽出する。その後、周波数シフタ６１７−１〜６１７−Ｎで，抽出された各サブ変調信号を送信側の周波数シフタ６０７−１〜６０７−Ｎでシフトする前の帯域に戻し（図１０（ｅ））、加算回路６１８で全てのサブ変調信号を足し合わせ、合成された変調信号を得る（図１０（ｆ））。最後に、ＩＦＦＴ回路６１９で高速逆フーリエ変換を行い、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換し、並直列変換回路６２０で並直列変換する。

以上により、通信システム５００は、送信信号の占有帯域を分割し、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できる。

阿部 順一、山下 史洋、小林 聖、スペクトラム編集技術を用いた帯域分散伝送の提案、２００９年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-3-11、２００９年９月、通信講演論文集１、pp.263

しかしながら、従来技術では、伝送により送信信号の占有帯域内で生じる位相回転の傾きを補正することなく、受信した複数のサブ変調信号をそのまま合成し、元の変調信号に復調するため、信号伝送特性が劣化してしまう。

ここで、位相回転の傾きと信号伝送特性との関係について簡単に説明する。一般に伝送路においては、送信信号の占有帯域内において位相傾斜が生じる。図１１は、シングルキャリヤ信号を伝送する場合に生じる、占有帯域内の位相傾斜を示している。

伝送遅延Δｔがある場合、図１１に示すように、受信信号には、伝送遅延Δｔおよび周波数ｆに比例する位相回転、すなわち、周波数軸上で傾き−２πΔｔの位相傾斜が生じる。図１０の場合、受信信号のタイミング再生でシンボルタイミングをΔｔずらせば、ナイキストタイミングを抽出できるので、占有帯域内の位相特性が直線の場合は問題なく復調可能である。

一方、図１２に示すように、送信側で変調信号の占有帯域を複数に分割し、サブ変調信号を送信する場合、各受信サブ変調信号には図１２（ｃ）に示す位相傾斜が生じる、この結果、送信側において、サブ変調信号ｋをΔｆ_ｋ周波数シフトする場合、周波数シフトしない場合と比べて、−２πΔｔ×Δｆ_ｋの位相回転が不連続に生じる（ｋは１〜Ｎの自然数）。図１２（ｄ）に示すように、受信側において全てのサブ変調信号を合成した場合、合成後の変調信号の占有帯域内において位相特性が直線にならない。一般に信号を無歪みで伝送するには、振幅が一定、かつ位相特性が直線となる無歪み条件を満足する必要がある。上記サブ変調信号の伝送では、無歪み条件を満足しないため、信号伝送特性が劣化する問題がある。

上記従来技術の有する問題に鑑み、本発明の目的は、複数のサブ変調信号による通信において、周波数帯域の利用効率向上を図りつつ、信号伝送特性を改善することができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の通信システムは、送信装置と受信装置とを有する通信システムであって、送信装置は、送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、入力信号の複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成する送信信号生成部と、送信信号を送信する送信部と、を備え、受信装置は、送信信号を受信する受信部と、受信した送信信号から入力信号の複数の帯域成分を抽出する抽出部と、抽出した複数の帯域成分間の位相特性が平担となるように、送信信号における伝送遅延を補正し、補正した送信信号を抽出部へ出力する位相補償部と、複数の帯域成分を合成して入力信号を復元する復元部と、を備える。

また、送信装置は、入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部を備え、送信信号生成部は、入力信号の複数の帯域成分とともに、複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成し、抽出部は、受信した送信信号から入力信号の複数の帯域成分とともに、複数の基準信号を抽出し、位相補償部は、抽出した各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、回転量の差分に基づいて、送信信号における伝送遅延を補正し、補正した送信信号を抽出部へ出力してもよい。

また、送信装置は、入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部を備え、送信信号生成部は、入力信号の複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して第１送信信号を生成するとともに、複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して第２送信信号を生成し、送信部は、第１送信信号とともに第２送信信号を送信し、受信部は、第１送信信号とともに第２送信信号を受信し、抽出部は、受信した第１送信信号から入力信号の複数の帯域成分とともに、第２送信信号から複数の基準信号を抽出し、位相補償部は、抽出した各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、回転量の差分に基づいて、第１送信信号および第２送信信号における伝送遅延を補正し、補正した第１送信信号および第２送信信号を抽出部へ出力してもよい。

また、位相補償部は、受信した送信信号をサンプリングし抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、サンプリング部のサンプリングの間隔を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した送信信号を遅延させ抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、信号遅延部の送信信号に対する遅延量を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した第１送信信号および第２送信信号をサンプリングし抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、サンプリング部のサンプリングの間隔を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した第１送信信号および第２送信信号を遅延させ抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、信号遅延部の第１送信信号および第２送信信号に対する遅延量を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、送信信号生成部は、入力信号の複数の帯域成分それぞれを各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量でシフトさせる周波数シフト部をさらに備え、送信信号生成部は、シフト量でシフトした各帯域成分を周波数軸上に配置してもよい。

本発明の受信装置は、送信対象の入力信号を分割した複数の帯域成分、および伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いる周波数が異なる複数の基準信号を周波数軸上に分散配置した送信信号を受信する受信部と、受信した送信信号から入力信号の複数の帯域成分と複数の基準信号とを抽出する抽出部と、抽出した各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、回転量の差分に基づいて、送信信号における伝送遅延を補正し、補正した送信信号を抽出部へ出力する位相補償部と、複数の帯域成分を合成して入力信号を復元する復元部と、を備える。

本発明の受信装置は、送信対象の入力信号を分割した複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置した第１送信信号、および伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いる複数の基準信号を周波数軸上に分散配置した第２送信信号を受信する受信部と、受信した第１送信信号および第２送信信号から入力信号の複数の帯域成分と複数の基準信号とを抽出する抽出部と、抽出した各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、回転量の差分に基づいて、第１送信信号および第２送信信号における伝送遅延を補正し、補正した第１送信信号および第２送信信号を抽出部へ出力する位相補償部と、複数の帯域成分を合成して入力信号を復元する復元部と、を備える。

また、位相補償部は、受信した送信信号をサンプリングし抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、サンプリング部のサンプリングの間隔を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した送信信号を遅延させ抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、信号遅延部の送信信号に対する遅延量を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した第１送信信号および第２送信信号をサンプリングし抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、サンプリング部のサンプリングの間隔を調整して伝送遅延を補正してもよい。

また、位相補償部は、受信した第１送信信号および第２送信信号を遅延させ抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、位相補償部は、各基準信号間の回転量の差分が０になるように、信号遅延部の第１送信信号および第２送信信号に対する遅延量を調整して伝送遅延を補正してもよい。

本発明の送信装置は、送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、入力信号を受信する受信装置において入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部と、入力信号の複数の帯域成分および複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成する送信信号生成部と、送信信号を送信する送信部と、を備え、送信信号生成部は、入力信号の複数の帯域成分それぞれを各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量で周波数シフトさせる周波数シフト部をさらに備え、送信信号生成部は、シフト量でシフトした各帯域成分を周波数軸上に配置する。

本発明の送信装置は、送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、入力信号を受信する受信装置において入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部と、入力信号の複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して第１送信信号を生成するとともに、複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して第２送信信号を生成する送信信号生成部と、第１送信信号および第２送信信号を送信する送信部と、を備え、送信信号生成部は、入力信号の複数の帯域成分それぞれを各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量で周波数シフトさせる周波数シフト部をさらに備え、送信信号生成部は、シフト量でシフトした各帯域成分を周波数軸上に配置する。

本発明によれば、複数のサブ変調信号による通信において、周波数帯域の利用効率向上を図りつつ、信号伝送特性を改善することができる。

本発明の一の実施形態に係る通信システム１００の構成を示すブロック図 送信装置１１０による変調信号に対する処理動作の一例を示す図 受信装置１２０による受信信号に対する処理動作の一例を示す図 一の実施形態の変形例に係る通信システム２００の構成を示すブロック図 本発明の他の実施形態に係る通信システム３００の構成を示すブロック図 送信装置３１０のセレクタ４０による時間多重の処理動作の一例を示す図 Ｎ個のサブ変調信号およびパイロット信号の分散配置の他の例を示す図 他の実施形態に係る通信システム３００の他の構成例を示すブロック図 従来の通信システム５００の構成例を示すブロック図 従来の通信システム５００による変調信号に対する処理動作の一例を示すブロック図 従来のシングルキャリヤ信号の伝送における占有帯域内の位相特性の変化の一例を示す図 従来のＮ個のサブ変調信号の伝送による占有帯域内の位相特性の変化の一例を示す図

《一の実施形態》
図１は、本発明の一の実施形態に係る通信システム１００の構成を示すブロック図である。本実施形態の通信システム１００は、送信装置１１０と受信装置１２０とから構成される。なお、図１は、本実施形態の通信システム１００の主要部分のみを示す。例えば、通信システム１００の各部を統括制御する制御部、送信装置１１０における送信対象のデータの入力信号を入力する入力部および送信する送信部、受信装置１２０におけるデータを受信する受信部およびそのデータを出力する出力部などは省略する。

送信装置１１０は、変調回路１、送信フィルタバンク２、Ｄ／Ａ変換器３、パイロット信号生成回路４を備える。送信フィルタバンク２は、直並列変換回路５、ＦＦＴ回路６、分割回路７、周波数シフタ８−１〜８−Ｎ、加算回路９、ＩＦＦＴ回路１０、並直列変換回路１１を備え、送信信号生成部として動作する。

変調回路１は、不図示の入力部で入力された送信対象のデータの入力信号に対し、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）などの変調方式で変調する。変調回路１は、変調した変調信号を、マルチプレクサ（ＭＵＸ）などからなる直並列変換回路５に出力する。直並列変換回路５は、変調信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路６へ出力する。

ＦＦＴ回路６は、公知の高速フーリエ変換を変調信号に対して行い、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する（図２（ａ））
分割回路７は、周波数領域に変換された変調信号に対し、Ｎ個のサブ変調信号を生成する（図２（ｂ））。具体的に、例えば、分割回路７は、通過帯域が異なるＮ個のフィルタからなり、各フィルタの通過帯域（図２（ａ）の破線）に対応する係数を、変調信号に乗算することにより、Ｎ個のサブ変調信号を生成する。分割回路７は、分割したＮ個のサブ変調信号を、サブ変調信号の周波数帯域に応じて、周波数シフタ８−１〜８−Ｎそれぞれに出力する。なお、図２は、Ｎ＝２の場合の変調信号に対する処理動作について示すが、Ｎ＞２の場合についても同様の処理が行われる。

周波数シフタ８−１〜８−Ｎは、サブ変調信号それぞれを周波数軸上の所望の帯域に分散配置する。すなわち、周波数シフタ８−１〜８−Ｎは、互いに重畳しないように、各サブ変調信号をシフト量α_Ｎ周波数シフトさせる。なお、シフト量α_Ｎは、変調信号の中心周波数ｆ_０と各サブ変調信号の中心周波数ｆ_Ｎとの間隔や、変調信号やサブ変調信号の帯域幅や、サブ変調信号の個数Ｎなどによって決められることが好ましい。或いは、さらに、図２（ｃ）では、Ｎ＝２の場合の一例として、各周波数シフタ８は、サブ変調信号を変調信号の中心周波数ｆ_０に対して、互いに離れるようにシフトさせたが、各サブ変調信号のシフト量α_Ｎおよびシフト方向は任意に設定することができる。

加算回路９は、図２（ｄ）に示すように、周波数シフタ８−１〜８−Ｎによって周波数シフトされたＮ個のサブ変調信号と、パイロット信号生成回路４から出力される周波数が異なる２つのパイロット信号を、Ｎ個のサブ変調信号と重畳しないように、かつＦＦＴポイントが存在する帯域に分散配置する。加算回路９は、周波数多重した信号をＩＦＦＴ回路１０へ出力する。

なお、パイロット信号生成回路４は、後述するように、伝送遅延の補正に用いられる基準信号として、周波数がΔｆ異なる無変調信号のパイロット信号を２つ生成出力する、基準信号生成部である。また、Δｆの大きさは、１０ｋＨｚなどであり、通信方式や空き帯域の大きさに基づいて設定することが好ましい。

ＩＦＦＴ回路１０は、加算回路９によりＮ個のサブ変調信号および２つのパイロット信号が周波数軸上に分散配置された信号を高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換する。

並直列変換回路１１は、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）などからなり、ＩＦＦＴ回路１０の出力信号を並直列変換する。

Ｄ／Ａ変換器３は、信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換する。送信部（不図示）は、変換されたアナログ信号を送信信号として、他の通信システム１００へ送信する。

一方、受信装置１２０は、Ａ／Ｄ変換器１２、リサンプラ１３、受信フィルタバンク１４、復調回路１５を備える。また、受信フィルタバンク１４は、直並列変換回路１６、ＦＦＴ回路１７、抽出回路１８、サンプルクロック調整器１９、周波数シフタ２３−１〜２３−Ｎ、加算回路２４、ＩＦＦＴ回路２５、並直列変換回路２６を備え、復元部として動作する。また、サンプルクロック調整器１９は、位相傾斜推定回路２０、ループフィルタ２１、ＮＣＯ２２を備える。なお、ＮＣＯ２２は、数値制御発振器（Numerically Controlled Oscillator）であり、周波数を表す数値を入力することにより、入力された数値に対応する周波数の信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換器１２は、不図示の受信部で受信した他の通信システム１００の送信装置１１０から送信された送信信号を、デジタル信号の受信信号に変換する。

リサンプラ１３は、後述するサンプルクロック調整器１９からのサンプルクロック制御信号に基づいて、サンプリングの間隔を調整する。これにより、リサンプラ１３は、伝送によって生じた伝送遅延を補正しながらサンプリングできる。リサンプラ１３は、サンプリングした受信信号を受信フィルタバンク１４へ出力する。

直並列変換回路１６は受信信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路１７は、公知の高速フーリエ変換を直並列変換された受信信号に対して行い、受信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する（図３（ａ））。ＦＦＴ回路１７は、図３（ａ）に示す受信信号のを抽出回路１８へ出力する。

抽出回路１８は、周波数領域に変換された受信信号から、Ｎ個のサブ変調信号および２つのパイロット信号を抽出する。具体的に、例えば、抽出回路１８は、通過帯域が異なるＮ個のフィルタからなり、各フィルタの通過帯域（図３（ａ）の破線）に対応する係数を、受信信号のスペクトルに乗算することにより、Ｎ個のサブ変調信号および２つのパイロット信号を抽出する。抽出回路１８は、抽出されたＮ個のサブ変調信号を、各サブ変調信号の周波数帯域に応じて、周波数シフタ２３−１〜２３−Ｎそれぞれへ出力する。一方、抽出回路１８は、２つのパイロット信号をサンプルクロック調整器１９へ出力する。

サンプルクロック調整器１９の位相傾斜推定回路２０は、抽出回路１８で抽出された２つのパイロット信号それぞれから、伝送によって生じた位相回転の回転量θを算出する。位相傾斜推定回路２０は、２つのパイロット信号の位相回転量の差分Δθおよび周波数間隔Δｆに基づいて、位相回転の傾きΔθ／Δｆである位相傾斜推定値βを算出する。

サンプルクロック調整器１９のループフィルタ２１は、位相傾斜推定回路２０が出力した位相傾斜推定値βの瞬時変動を抑制し、ＮＣＯ２２へ出力する。ＮＣＯ２２は、ループフィルタ２１から出力される位相傾斜推定値βに基づき、サンプルクロック制御信号を生成し、リサンプラ１３へ出力する。リサンプラ１３は、サンプルクロック制御信号に基づいて、位相回転の傾きΔθ／Δｆが０（伝送遅延Δtが０）になるように、サンプリングの間隔を調整し、受信信号のサンプリングを行い、Ｎ個のサブ変調信号の位相特性が互いに平坦化された受信信号を出力する。そして、ＦＦＴ回路１７の前段のリサンプラ１３で伝送遅延Δｔが補正されることにより、ＦＦＴ回路１７は、位相回転の傾きΔθ／Δｆの発生を抑えられる。

すなわち、位相傾斜の発生は、伝送遅延Δｔにより高速フーリエ変換の変換タイミングが送受信局間でずれることに起因する。高速フーリエ変換は、高速フーリエ変換のポイント数に応じた時間周期で繰り返し実行される。例えば、１０２４ポイントの場合、１０２４サンプルタイミング毎に実行される。そのため、高速フーリエ変換の前段で、受信信号のサンプルタイミングを調整すれば、位相傾斜の発生を抑えられる。つまり、本実施形態では、リサンプラ１３、直並列変換回路１６、ＦＦＴ回路１７、抽出回路１８、サンプルクロック調整器１９は、位相補償部２７として動作する。

位相補償部２７は、位相傾斜推定回路２０において、パイロット信号から位相回転の傾きΔθ／Δｆの位相傾斜推定値βを求め、ＮＣＯ２２は、位相傾斜推定値βに基づいて伝送遅延Δｔが０になるように、サンプルクロック制御信号をリサンプラ１３へ出力する。すなわち、位相補償部２７がフィードバック回路として動作することから、位相回転の傾きΔθ／Δｆは徐々に０になる。この結果、図３（ｂ）に示すように、合成後の受信した変調信号は無歪み条件を満足する。

周波数シフタ２３−１〜２３−Ｎは、Ｎ個のサブ変調信号を、例えば、図２（ｂ）に示すように、周波数シフタ８−１〜８−Nによる周波数シフトされる前の帯域に戻す。

加算回路２４は、全てのサブ変調信号を足し合わせ、合成された変調信号を出力する（図２（ａ）、図３（ｂ））。

ＩＦＦＴ回路２５は、変調信号に対して公知の高速逆フーリエ変換し、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換された変調信号を出力する。

並直列変換回路２６は、変調信号を並直列変換し、送信装置１１０によって送信された変調信号を復元し出力する。復調回路１５は、変調信号を復調し受信したデータを出力する。

このように、本実施形態では、送信装置１１０が変調信号をＮ個のサブ変調信号に分解して受信装置１２０に送信する際、複数のパイロット信号を周波数多重して送信し、受信装置１２０において、伝送によって生じた伝送遅延Δｔを補正することにより、周波数帯域の有効利用向上を図りつつ、無歪み条件を満たした変調信号が受信でき、信号伝送特性を改善することができる。
《一の実施形態の変形例》
図４は、本発明の一の実施形態の変形例に係る通信システム２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の通信システム２００は、送信装置２１０と受信装置２２０とから構成される。

なお、本実施形態の通信システム２００において、一の実施形態の通信システム１００の構成要素と同一のものについては、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

本実施形態の通信システム２００が一の実施形態の通信システム１００と異なる点は、受信装置２２０の位相補償部２７が、可変遅延器３１、直並列変換回路１６、ＦＦＴ回路１７、抽出回路１８、タイミング調整器３０を備え、タイミング調整器３０が、位相傾斜推定回路２０、ループフィルタ２１を備える点にある。

タイミング調整器３０は、位相傾斜推定回路２０において、抽出回路１８で抽出された２つのパイロット信号それぞれから、伝送によって生じた位相回転の回転量θを算出する。位相傾斜推定回路２０は、２つのパイロット信号の位相回転量の差分Δθおよび周波数間隔Δｆに基づいて、位相回転の傾きΔθ／Δｆである位相傾斜推定値βを算出する。位相傾斜推定回路２０は、ＦＦＴ回路１７による高速フーリエ変換の変換タイミングの周期性を考慮して、位相傾斜推定値βに基づいて、位相回転の傾きΔθ／Δｆが０（伝送遅延Δｔ＝０）となるように、可変遅延器３１における遅延量を算出し出力する。

ループフィルタ２１は、位相傾斜推定回路２０の出力値の瞬時変動を抑制し、その遅延量を遅延量制御信号として、可変遅延器３１へ出力する。

可変遅延器３１は、遅延量制御信号に基づいて、受信信号に対する遅延量を設定し、伝送遅延Δｔを補正した受信信号をＦＦＴ回路１７へ出力する。

例えば、ＦＦＴ回路１７におけるＦＦＴポイント数をｍとすると、伝送遅延Δｔによってｍ−Δｔ／ｍとなる。そこで、可変遅延器３１は、遅延量制御信号に基づいて、遅延量を設定し受信信号を遅延させることにより、ＦＦＴポイントをｍに補正することができる。また、例えば、ＦＦＴ回路１７が２０４８ポイントのＦＦＴを使用する場合、１５３６サンプル分の伝送遅延が生じた場合、さらに５１２サンプル分の遅延を加えれば、伝送遅延を補正することができる。このように、可変遅延器３１が、ＦＦＴ回路１７の前段において、受信信号の遅延量を調整することにより、位相回転の傾きΔθ／Δｆの発生を抑えることができ、図３（ｂ）に示すように、合成後の受信した変調信号は無歪み条件を満足する。

なお、本実施形態の通信システム２００の動作は、一の実施形態の通信システム１００と同じであり、詳細な説明は省略する。

このように、本実施形態では、送信装置２１０が変調信号をＮ個のサブ変調信号に分解して受信装置２２０に送信する際、複数のパイロット信号を周波数多重して送信し、受信装置２２０において、伝送によって生じた伝送遅延Δｔを補正することにより、周波数帯域の有効利用向上を図りつつ、無歪み条件を満たした変調信号が受信でき、信号伝送特性を改善することができる。
《他の実施形態》
図５は、本発明の他の実施形態に係る通信システム３００の構成を示すブロック図である。本実施形態の通信システム３００は、送信装置３１０と受信装置３２０とから構成される。

なお、本実施形態の通信システム３００において、一の実施形態の通信システム１００の構成要素と同一のものについては、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

本実施形態の通信システム３００が、一の実施形態の通信システム１００と異なる点は、以下の通りである。
１）送信装置３１０がセレクタ４０を備え、受信装置３２０がセレクタ５０を備える。
２）分割回路７’は、一の実施形態の通信システム１００の分割回路７と同じ動作を行うが、変調信号を分割したＮ個のサブ変調信号をセレクタ４０へ出力する。
３）抽出回路１８’は、抽出したＮ個のサブ変調信号および２つのパイロット信号をセレクタ５０へ出力する。
４）パイロット信号生成回路４’は、周波数がΔｆ異なる２つのパイロット信号を生成し、セレクタ４０へ出力する。
５）加算回路９’は、後述するセレクタ４０の動作に応じて、Ｎ個のサブ変調信号と２つのパイロット信号とを個別に足し合わせ、周波数軸上に分散配置する。

本実施形態のセレクタ４０は、不図示の通信システム３００を統括制御する制御部からの制御信号に基づいて切り換え動作を行い、Ｎ個のサブ変調信号と２つのパイロット信号とを、周波数シフタ８−１〜８−Ｎへ出力する。これにより、加算回路９’は、図６に示すように、Ｎ個のサブ変調信号と２つのパイロット信号とを個別に足し合わせ、周波数軸上に分散配置する。すなわち、送信フィルタバンク２は、Ｎ個のサブ変調信号が周波数軸上に分散配置された送信信号（第１送信信号）と、２つのパイロット信号が周波数軸上に分散配置された送信信号（第２送信信号）とからなる時間多重した送信信号を生成し、他の通信システム３００へ送信する。

なお、図６は、Ｎ＝２の場合を示すが、Ｎ＞２の場合についても同様である。また、セレクタ４０が２つのパイロット信号を選択する場合、周波数シフタ８−１〜８−Ｎのそれぞれは、それらパイロット信号に対して何もせずに通過させるか、所望の帯域に配置するように動作させることが好ましい。

セレクタ５０は、セレクタ４０の場合と同様に、制御部（不図示）の制御信号に基づいて切り換え動作を行い、抽出回路１８が受信した第１送信信号から抽出したＮ個のサブ変調信号それぞれを周波数シフタ２３−１〜２３−Ｎへ出力し、第２送信信号から抽出した２つのパイロット信号を位相補償部２７へ出力する。

なお、本実施形態において、例えば、制御部（不図示）が、通信に先立ち送信装置３１０と受信装置３２０との間で同期させ、その同期に基づいて、制御部（不図示）が、セレクタ４０、５０それぞれに対し、Ｎ個のサブ変調信号や２つのパイロット信号を選択する制御信号を生成出力することが好ましい。

また、本実施形態の通信システム３００の動作は、一の実施形態の通信システム１００と同じであり、詳細な説明は省略する。

このように、本実施形態では、送信装置３１０が変調信号をＮ個のサブ変調信号に分解して受信装置３２０に送信する際、複数のパイロット信号を時間多重して送信し、受信装置３２０において、伝送によって生じた伝送遅延Δｔを補正することにより、周波数帯域の有効利用向上を図りつつ、無歪み条件を満たした変調信号が受信でき、信号伝送特性を改善することができる。
《実施形態の補足事項》
本発明は、衛星通信や地上無線網における無線回線に対してだけでなく、有線回線の通信に対しても適用可能である。

また、本発明は、送信フィルタバンク２および受信フィルタバンク１４にオーバーラップ加算、またはオーバーラップ保存を用いる構成にすることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態において、受信装置３２０の位相補償部２７の構成のうち、リサンプラ１３およびサンプルクロック調整器１９を、図８に示すように、一の実施形態の変形例の場合と同様に、可変遅延器３１およびタイミング調整器３０に置き換えて通信システム４００としてもよい。

さらに、本発明において、送信装置１１０、２１０、３１０、４１０と受信装置１２０、２２０、３２０、４２０とは、通信方式などに応じて適宜選択して組み合わせることできる。

上記実施形態では、パイロット信号生成回路４、４’は、周波数が異なる２つのパイロット信号を生成したが、本発明はこれに限定されず、周波数が異なる３以上の複数のパイロット信号を生成してもよい。

上記実施形態では、パイロット信号は無変調信号であるとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、所定のパターンによって変調された信号をパイロット信号としてもよい。

上記実施形態では、図２（ｄ）に示すように、２つのパイロット信号をＮ個のサブ変調信号の分散配置された周波数帯域とは異なる周波数帯域に配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７（ａ）に示すように、一のサブ変調信号の両端に２つのパイロット信号を配置してもよい。これは、パイロット信号用に特別の帯域を用意する必要が無く、周波数帯域の有効利用の観点から好ましい。

また、図７（ｂ）に示すように、各サブ変調信号の両端にパイロット信号を配置してもよい。これにより、位相傾斜推定回路２０は、これらのパイロット信号から算出される位相回転の傾きΔθ／Δｆの算出および平坦化の精度向上を図ることができる。

上記実施形態では、位相回転の回転量θの測定は、Ｎ個のサブ変調信号の送信と並行して行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、通信の開始時において、制御部（不図示）は、複数のパイロット信号を伝送し、位相傾斜推定回路２０は、通信中あらかじめ定められた同期で位相傾斜推定値βを算出してもよい。他の実施形態において、例えば、制御部（不図示）は、その算出が終了した時点で、セレクタ４０、５０に対しサブ変調信号伝送モードに切り換えるようにしてもよい。なお、切り換えのタイミングは、予め決められた一定時間とすることが好ましい。

上記実施形態では、Ｎ個のサブ変調信号と２つのパイロット信号とを周波数多重または時間多重したが、本発明はこれに限定されず、符号拡散多重など多重化方式を用いてもよい。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点及び利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神及び権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点及び利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良及び変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物及び均等物によることも可能である。

１ 変調回路、２ 送信フィルタバンク、３ Ｄ／Ａ変換器、４ パイロット信号生成回路４、５、１６ 直並列変換回路、６、１７ ＦＦＴ回路、７、７’ 分割回路、８−１〜８−Ｎ、２３−１〜２３−Ｎ 周波数シフタ、９、９’２４ 加算回路、１０、２５ ＩＦＦＴ回路、１１ 並直列変換回路、１２ Ａ／Ｄ変換器、１３ リサンプラ、１４ 受信フィルタバンク、１５ 変調回路、１８、１８’ 抽出回路、１９ サンプルクロック調整器、２０ 位相傾斜推定回路、２１ ループフィルタ、２２ ＮＣＯ、３０ タイミング調整器、３１ 可変遅延器、４０、５０ セレクタ、１００、２００、３００、４００ 通信システム、１１０、２１０、３１０、４１０ 送信装置、１２０、２２０、３２０、４２０ 受信装置

Claims (16)

1. 送信装置と受信装置とを有する通信システムであって、
   前記送信装置は、
   送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、
   前記入力信号の前記複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成する送信信号生成部と、
   前記送信信号を送信する送信部と、を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信信号を受信する受信部と、
   受信した前記送信信号から前記入力信号の複数の帯域成分を抽出する抽出部と、
   抽出した前記複数の帯域成分間の位相特性が平担となるように、前記送信信号における伝送遅延を補正し、補正した前記送信信号を前記抽出部へ出力する位相補償部と、
   前記複数の帯域成分を合成して前記入力信号を復元する復元部と、を備える
   ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   前記入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部を備え、
   前記送信信号生成部は、前記入力信号の前記複数の帯域成分とともに、前記複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成し、
   前記抽出部は、受信した前記送信信号から前記入力信号の複数の帯域成分とともに、前記複数の基準信号を抽出し、
   前記位相補償部は、抽出した前記各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、前記回転量の差分に基づいて、前記送信信号における前記伝送遅延を補正し、補正した前記送信信号を前記抽出部へ出力する
   ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   前記入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部を備え、
   前記送信信号生成部は、前記入力信号の前記複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して第１送信信号を生成するとともに、前記複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して第２送信信号を生成し、
   前記送信部は、前記第１送信信号とともに前記第２送信信号を送信し、
   前記受信部は、前記第１送信信号とともに第２送信信号を受信し、
   前記抽出部は、受信した前記第１送信信号から前記入力信号の複数の帯域成分とともに、前記第２送信信号から前記複数の基準信号を抽出し、
   前記位相補償部は、抽出した前記各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、前記回転量の差分に基づいて、前記第１送信信号および第２送信信号における前記伝送遅延を補正し、補正した前記第１送信信号および第２送信信号を前記抽出部へ出力する
   ことを特徴とする通信システム。
4. 請求項２に記載の通信システムにおいて、
   前記位相補償部は、
   前記受信した送信信号をサンプリングし前記抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、
   前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記サンプリング部の前記サンプリングの間隔を調整して前記伝送遅延を補正する
   ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項２に記載の通信システムにおいて、
   前記位相補償部は、
   前記受信した送信信号を遅延させ前記抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、
   前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記信号遅延部の前記送信信号に対する遅延量を調整して前記伝送遅延を補正する
   ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項３に記載の通信システムにおいて、
   前記位相補償部は、
   前記受信した第１送信信号および第２送信信号をサンプリングし前記抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、
   前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記サンプリング部の前記サンプリングの間隔を調整して前記伝送遅延を補正する
   ことを特徴とする通信システム。
7. 請求項３に記載の通信システムにおいて、
   前記位相補償部は、
   前記受信した第１送信信号および第２送信信号を遅延させ前記抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、
   前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記信号遅延部の前記第１送信信号および第２送信信号に対する遅延量を調整して前記伝送遅延を補正する
   ことを特徴とする通信システム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の通信システムにおいて、
   前記送信信号生成部は、
   前記入力信号の複数の帯域成分それぞれを前記各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量でシフトさせる周波数シフト部をさらに備え、
   前記送信信号生成部は、前記シフト量でシフトした前記各帯域成分を前記周波数軸上に配置する
   ことを特徴とする通信システム。
9. 送信対象の入力信号を分割した複数の帯域成分、および伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いる周波数が異なる複数の基準信号を周波数軸上に分散配置した送信信号を受信する受信部と、
   受信した前記送信信号から前記入力信号の前記複数の帯域成分と前記複数の基準信号とを抽出する抽出部と、
   抽出した前記各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、前記回転量の差分に基づいて、前記送信信号における前記伝送遅延を補正し、補正した前記送信信号を前記抽出部へ出力する位相補償部と、
   前記複数の帯域成分を合成して前記入力信号を復元する復元部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
10. 送信対象の入力信号を分割した複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置した第１送信信号、および伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いる複数の基準信号を周波数軸上に分散配置した第２送信信号を受信する受信部と、
    受信した前記第１送信信号および前記第２送信信号から前記入力信号の前記複数の帯域成分と前記複数の基準信号とを抽出する抽出部と、
    抽出した前記各基準信号間の位相回転の回転量の差分を算出し、前記回転量の差分に基づいて、前記第１送信信号および第２送信信号における前記伝送遅延を補正し、補正した前記第１送信信号および第２送信信号を前記抽出部へ出力する位相補償部と、
    前記複数の帯域成分を合成して前記入力信号を復元する復元部と、
    を備えることを特徴とする受信装置。
11. 請求項９に記載の受信装置において、
    前記位相補償部は、
    前記受信した送信信号をサンプリングし前記抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、
    前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記サンプリング部の前記サンプリングの間隔を調整して前記伝送遅延を補正する
    ことを特徴とする受信装置。
12. 請求項９に記載の受信装置において、
    前記位相補償部は、
    前記受信した送信信号を遅延させ前記抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、
    前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記信号遅延部の前記送信信号に対する遅延量を調整して前記伝送遅延を補正する
    ことを特徴とする受信装置。
13. 請求項１０に記載の受信装置において、
    前記位相補償部は、
    前記受信した第１送信信号および第２送信信号をサンプリングし前記抽出部へ出力するサンプリング部をさらに備え、
    前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記サンプリング部の前記サンプリングの間隔を調整して前記伝送遅延を補正する
    ことを特徴とする受信装置。
14. 請求項１０に記載の受信装置において、
    前記位相補償部は、
    前記受信した第１送信信号および第２送信信号を遅延させ前記抽出部へ出力する信号遅延部をさらに備え、
    前記位相補償部は、前記各基準信号間の回転量の差分が０になるように、前記信号遅延部の前記第１送信信号および第２送信信号に対する遅延量を調整して前記伝送遅延を補正する
    ことを特徴とする受信装置。
15. 送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、
    前記入力信号を受信する受信装置において前記入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部と、
    前記入力信号の前記複数の帯域成分および前記複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して送信信号を生成する送信信号生成部と、
    前記送信信号を送信する送信部と、
    を備え、
    前記送信信号生成部は、
    前記入力信号の複数の帯域成分それぞれを前記各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量で周波数シフトさせる周波数シフト部をさらに備え、
    前記送信信号生成部は、前記シフト量でシフトした前記各帯域成分を前記周波数軸上に配置する
    ことを特徴とする送信装置。
16. 送信対象の入力信号を複数の帯域成分に分割する分割部と、
    前記入力信号を受信する受信装置において前記入力信号の伝送によって生じる伝送遅延の補正に用いられる、周波数が異なる複数の基準信号を生成する基準信号生成部と、
    前記入力信号の前記複数の帯域成分を周波数軸上に分散配置して第１送信信号を生成するとともに、前記複数の基準信号を周波数軸上に分散配置して第２送信信号を生成する送信信号生成部と、
    前記第１送信信号および第２送信信号を送信する送信部と、
    を備え、
    前記送信信号生成部は、
    前記入力信号の複数の帯域成分それぞれを前記各帯域成分の中心周波数に応じたシフト量で周波数シフトさせる周波数シフト部をさらに備え、
    前記送信信号生成部は、前記シフト量でシフトした前記各帯域成分を前記周波数軸上に配置する
    ことを特徴とする送信装置。

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