特許 7582481 無線通信システム、無線通信方法、送信アダプタ装置、及び受信アダプタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】無線通信システム、無線通信方法、送信アダプタ装置、及び受信アダプタ装置

(51)【国際特許分類】

   H04J 1/04 20060101AFI20241106BHJP

【ＦＩ】

H04J1/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023537829

(86)(22)【出願日】2021-07-28

(86)【国際出願番号】 JP2021027959

(87)【国際公開番号】W WO2023007630

(87)【国際公開日】2023-02-02

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 史洋

【審査官】鉢呂 健

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１２６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００５６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９１３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１４７７５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６３１０９１０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】阿部 順一 他，帯域分散伝送におけるブラインド型位相補償方式の提案と基本特性評価，電子情報通信学会技術研究報告，Vol.111, No.179，日本，社団法人電子情報通信学会，2011年08月18日，pp.105-110

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｊ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信バーストモデム装置に接続される送信アダプタ装置と、
受信バーストモデム装置に接続される受信アダプタ装置と
を備え、
前記送信アダプタ装置は、
前記送信バーストモデム装置から入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成し、
前記補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、前記複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成し、
前記スペクトラム分解信号を送信する
ように構成され、
前記受信アダプタ装置は、
前記スペクトラム分解信号を受信し、
前記位相同期信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムに基づいて、前記複数のサブスペクトラム間の位相差を推定し、
前記推定された位相差を補償しながら前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成し、
前記スペクトラム合成信号を前記受信バーストモデム装置に出力する
ように構成される
無線通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記送信アダプタ装置は、前記送信バーストモデム装置から入力される前記バースト信号を遅延させ、遅延後の前記バースト信号の前記プリアンブル信号の前段に前記位相同期信号を付加することによって前記補正バースト信号を生成する
無線通信システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の無線通信システムであって、
前記送信アダプタ装置は、
前記バースト信号の前記プリアンブル信号の前段に前記位相同期信号を付加することによって前記補正バースト信号を生成する信号補正回路と、
前記補正バースト信号を周波数軸上で前記複数のサブスペクトラムに分解することによって、前記複数のサブスペクトラムを有する前記スペクトラム分解信号を生成するスペクトラム分解回路と
を備え、
前記受信アダプタ装置は、
前記位相同期信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムに基づいて、前記複数のサブスペクトラム間の前記位相差を推定する位相差推定回路と、
前記推定された位相差を補償しながら前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成することによって前記スペクトラム合成信号を生成するスペクトラム合成回路と
を備える
無線通信システム。

【請求項4】

請求項３に記載の無線通信システムであって、
前記位相差推定回路は、前記推定された位相差を保持する保持回路を含み、
前記スペクトラム合成回路は、前記保持回路に保持されている前記位相差に基づいて、前記プリアンブル信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成する
無線通信システム。

【請求項5】

請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記受信アダプタ装置は、更に、前記プリアンブル信号に対応する前記スペクトラム合成信号に基づいて前記バースト信号の受信タイミングを検出するバースト検出回路を備え、
前記保持回路は、前記バースト信号の受信区間が終了するまで、前記推定された位相差を保持し、
前記スペクトラム合成回路は、前記保持回路に保持されている前記位相差に基づいて、前記バースト信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成する
無線通信システム。

【請求項6】

送信バーストモデム装置に接続される送信アダプタ装置と受信バーストモデム装置に接続される受信アダプタ装置との間で無線通信を行う無線通信方法であって、
前記送信バーストモデム装置から前記送信アダプタ装置に入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成する処理と、
前記補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、前記複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成する処理と、
前記スペクトラム分解信号を前記送信アダプタ装置から前記受信アダプタ装置に送信する処理と、
前記位相同期信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムに基づいて、前記複数のサブスペクトラム間の位相差を推定する処理と、
前記推定された位相差を補償しながら前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成する処理と、
前記スペクトラム合成信号を前記受信アダプタ装置から前記受信バーストモデム装置に出力する処理と
を含む
無線通信方法。

【請求項7】

送信バーストモデム装置に接続され、受信側システムと通信を行う送信アダプタ装置であって、
前記送信バーストモデム装置から入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成する信号補正回路と、
前記補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、前記複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成するスペクトラム分解回路と
を備え、
前記受信側システムは、
前記送信アダプタ装置から送信される前記スペクトラム分解信号を受信し、
前記位相同期信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムに基づいて、前記複数のサブスペクトラム間の位相差を推定し、
前記推定された位相差を補償しながら前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成する
ように構成される
送信アダプタ装置。

【請求項8】

受信バーストモデム装置に接続され、送信側システムと通信を行う受信アダプタ装置であって、
前記送信側システムは、
バースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成し、
前記補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、前記複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成し、
前記スペクトラム分解信号を前記受信アダプタ装置に送信する
ように構成され、
前記受信アダプタ装置は、
前記位相同期信号に対応する前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムに基づいて、前記複数のサブスペクトラム間の位相差を推定する位相差推定回路と、
前記推定された位相差を補償しながら前記スペクトラム分解信号の前記複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成し、前記スペクトラム合成信号を前記受信バーストモデム装置に出力するスペクトラム合成回路と
を備える
受信アダプタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スペクトラム分解・合成を利用した無線通信技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地上ネットワークにおいてＩｏＴ（Internet of Things）の利用が爆発的に普及している。地上ネットワークがカバーできないエリアにおいては、広域なサービスエリアを有する衛星を介したＩｏＴ、すなわち衛星ＩｏＴの利用が有望である。

【0003】

一般に、衛星通信の場合、各ユーザは、必要な周波数帯域を衛星事業者から借りることにより通信を行う。衛星中継器の周波数資源は限られており、その限られた周波数資源を効率的に利用することが望まれる。例えば、既存ユーザに一部の周波数帯域が既に割り当てられている場合、細かい未使用帯域が周波数軸上に散在することになる。細かい未使用帯域が散在する場合、未使用帯域全体の合計は十分大きいにもかかわらず、新たなユーザに要求帯域を割り当てることができない可能性がある。このことは、周波数利用効率の低下を招く。

【0004】

未使用帯域を有効利用して、周波数利用効率を向上させるための技術として、非特許文献１は、「スペクトラム分解・合成伝送技術」を提案している。

【0005】

図１は、スペクトラム分解・合成伝送の概要を説明するための概念図である。各ユーザの端末（Ａ，Ｂ，Ｘ）からの信号は、地上局から衛星中継器を介して基地局に送られる。衛星中継器における周波数帯域の一部は、既存ユーザによって既に利用されている。未使用帯域を利用して通信を行うために、各端末からの送信信号のスペクトラムは複数のサブスペクトラムに分解され、それら複数のサブスペクトラムが未使用帯域に分散的に配置される。そのような複数のサブスペクトラムを有する送信信号が、衛星中継器を介して基地局に送られる。受信側の基地局は、受信信号の複数のサブスペクトラムを合成することによって、元の送信信号を再現する。このようにして、散在する未使用帯域を有効利用して、周波数利用効率を向上させることができる。

【0006】

図２は、スペクトラム分解・合成を行う無線通信システム１の構成を概略的に示すブロック図である。衛星中継器を介して送信側システムと受信側システムとの間で無線通信が行われる。送信側システムは、変調回路２及びスペクトラム分解回路３を含んでいる。受信側システムは、スペクトラム合成回路４及び復調回路５を含んでいる。

【0007】

ここでは、送信対象のデータとして連続信号を考える。図３は、一般的な連続信号の場合のフレームフォーマットを示している。図３に示されるように、連続信号の場合のフレームは、ユニークワードＵＷとデータ信号ＤＡＴから構成される。

【0008】

変調回路２は、入力信号を変調し、送信信号ＴＡを出力する。スペクトラム分解回路３は、送信信号ＴＡに対して「スペクトラム分解処理」を行う。より詳細には、スペクトラム分解回路３は、周波数領域変換回路３Ａ、分解処理回路３Ｂ、及び時間領域変換回路３Ｃを含んでいる。周波数領域変換回路３Ａは、高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transform）によって周波数領域における送信信号ＴＡを取得する。分解処理回路３Ｂは、送信信号ＴＡを周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解し、複数のサブスペクトラムを所望の周波数位置（未使用帯域）にシフトさせる、つまり、分散的に配置する。スペクトラム分解信号ＴＤは、このようにして生成された複数のサブスペクトラムを有する。時間領域変換回路３Ｃは、逆高速フーリエ変換（IFFT: Inverse FFT）によって時間領域におけるスペクトラム分解信号ＴＤを生成し、出力する。

【0009】

送信側システムは、スペクトラム分解信号ＴＤを受信側システムに送信する。受信側システムは、スペクトラム分解信号ＴＤをスペクトラム分解信号ＲＤとして受信する。

【0010】

スペクトラム合成回路４は、スペクトラム分解信号ＲＤに対して「スペクトラム合成処理」を行う。より詳細には、スペクトラム合成回路４は、周波数領域変換回路４Ａ、合成処理回路４Ｂ、時間領域変換回路４Ｃ、及び位相差推定回路４Ｄを含んでいる。周波数領域変換回路４Ａは、ＦＦＴによって周波数領域におけるスペクトラム分解信号ＲＤを取得する。合成処理回路４Ｂは、スペクトラム分解信号ＲＤの複数のサブスペクトラムを抽出し、合成する。このとき、合成処理回路４Ｂは、複数のサブスペクトラムを元の送信信号ＴＡの周波数位置に戻すことによって、複数のサブスペクトラムを合成する。スペクトラム合成信号ＲＡは、合成後のスペクトラムを有する。時間領域変換回路４Ｃは、ＩＦＦＴによって時間領域におけるスペクトラム合成信号ＲＡを生成し、出力する。復調回路５は、スペクトラム合成信号ＲＡを復調し、受信信号を取得する。

【0011】

スペクトラム合成処理においては、以下に説明されるような「位相差補償処理」が行われる。図４は、位相差補償処理を説明するための概念図である。スペクトラム分解伝送の場合、伝送遅延により、受信側のスペクトラム分解信号ＲＤに位相傾斜が生じる。そのままスペクトラム合成処理を行うと、合成後のスペクトラム合成信号ＲＡの位相特性が不連続になり、伝送特性が劣化する。そこで、スペクトラム合成処理のタイミングで位相差を補償する必要がある。

【0012】

図４に示される例では、スペクトラム分解信号ＲＤは、複数のサブスペクトラムＳＳＰ１～ＳＳＰ３を有している。隣接するサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２間の位相差はθ１であり、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３間の位相差はθ２である。スペクトラム合成回路４の位相差推定回路４Ｄは、スペクトラム分解信号ＲＤの複数のサブスペクトラムＳＳＰ１～ＳＳＰ３に基づいて位相差θ１、θ２を推定（検出）する。位相差推定回路４Ｄは、推定した位相差θ１、θ２を合成処理回路４Ｂに出力する。合成処理回路４Ｂは、位相差θ１、θ２が０になるように各サブスペクトラムの位相特性を補正して、スペクトラム合成処理を行う。例えば、合成処理回路４Ｂは、サブスペクトラムＳＳＰ２の位相に補正値θ１を加え、サブスペクトラムＳＳＰ３の位相に補正値θ１＋θ２を加える。これにより、合成後のスペクトラム合成信号ＲＡの位相特性が連続する。

【0013】

次に、既存のモデム装置に上述のスペクトラム分解・合成伝送技術を適用する場合について説明する。

【0014】

図５は、既存のモデム装置を含む無線通信システム１０Ａの構成を概略的に示すブロック図である。送信側システムは、送信モデム装置２０Ａと外付けの送信アダプタ装置３０を含んでいる。送信アダプタ装置３０は、送信モデム装置２０Ａとアンテナとの間に接続（挿入）される。受信側システムは、受信モデム装置５０Ａと外付けの受信アダプタ装置４０を含んでいる。受信アダプタ装置４０は、受信モデム装置５０Ａとアンテナとの間に接続（挿入）される。

【0015】

送信モデム装置２０Ａは、入力信号を変調して、アナログの送信信号ＴＡを出力する。送信アダプタ装置３０は、送信モデム装置２０Ａから出力される送信信号ＴＡを受け取る。送信アダプタ装置３０は、Ａ／Ｄ変換回路３１、スペクトラム分解回路３３、及びＤ／Ａ変換回路３４を含んでいる。Ａ／Ｄ変換回路３１は、入力されるアナログの送信信号ＴＡをデジタルの送信信号ＴＡに変換する。スペクトラム分解回路３３は、図２で示されたスペクトラム分解回路３と同様の構成を有し、送信信号ＴＡに対してスペクトラム分解処理を行うことによってスペクトラム分解信号ＴＤを生成する。Ｄ／Ａ変換回路３４は、スペクトラム分解信号ＴＤをアナログのスペクトラム分解信号ＴＤに変換し、出力する。

【0016】

送信側システムは、スペクトラム分解信号ＴＤを受信側システムに送信する。受信側システムは、スペクトラム分解信号ＴＤをスペクトラム分解信号ＲＤとして受信する。

【0017】

受信アダプタ装置４０は、Ａ／Ｄ変換回路４１、スペクトラム合成回路４２、及びＤ／Ａ変換回路４４を含んでいる。Ａ／Ｄ変換回路４１は、入力されるアナログのスペクトラム分解信号ＲＤをデジタルのスペクトラム分解信号ＲＤに変換する。スペクトラム合成回路４２は、図２で示されたスペクトラム合成回路４と同様の構成を有し、スペクトラム分解信号ＲＤに対してスペクトラム合成処理を行うことによってスペクトラム合成信号ＲＡを生成する。Ｄ／Ａ変換回路４４は、スペクトラム合成信号ＲＡをアナログのスペクトラム合成信号ＲＡに変換して、受信モデム装置５０Ａに出力する。受信モデム装置５０Ａは、スペクトラム合成信号ＲＡを復調し、受信信号を取得する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0018】

【文献】山下他，“衛星中継器コグニティブ利用のためのスペクトラム分解伝送アダプタ”，電子情報通信学会 信学技報， vol. 117, no. 261, SAT2017-54, pp. 115-120, 2017年10月.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

上述のスペクトラム分解・合成伝送技術がバースト信号の通信に適用される場合を考える。例えば、衛星ＩｏＴの場合、ＩｏＴユーザは小容量データを瞬間的に送信するため、バースト信号の使用が想定される。

【0020】

図６は、一般的なバースト信号フレームフォーマットを示す概念図である。バースト信号フレームは、プリアンブル信号ＰＲＥ、ユニークワードＵＷ、及びデータ信号ＤＡＴを含んでいる。プリアンブル信号ＰＲＥは、キャリア再生信号ＣＡとタイミング再生信号ＴＭを含んでおり、ユニークワードＵＷの前段に配置されている。

【0021】

図７は、バースト信号のスペクトラム分解・合成を行う無線通信システム１０Ｂの構成を概略的に示すブロック図である。上述の図５と重複する説明は適宜省略する。送信側システムは、送信バーストモデム装置２０Ｂと外付けの送信アダプタ装置３０を含んでいる。送信アダプタ装置３０は、送信バーストモデム装置２０Ｂとアンテナとの間に接続（挿入）される。受信側システムは、受信バーストモデム装置５０Ｂと外付けの受信アダプタ装置４０を含んでいる。受信アダプタ装置４０は、受信バーストモデム装置５０Ｂとアンテナとの間に接続（挿入）される。

【0022】

送信バーストモデム装置２０Ｂは、図６で示されたようなフレームフォーマットを有するバースト信号ＴＢを出力する。送信アダプタ装置３０は、送信バーストモデム装置２０Ｂから出力されるバースト信号ＴＢを受け取る。送信アダプタ装置３０は、入力されるバースト信号ＴＢに対してスペクトラム分解処理を行うことによって、スペクトラム分解信号ＴＤを生成し、出力する。

【0023】

受信アダプタ装置４０は、受信したスペクトラム分解信号ＲＤに対してスペクトラム合成処理を行うことによって、スペクトラム合成信号ＲＢを生成する。受信アダプタ装置４０は、スペクトラム合成信号ＲＢを受信バーストモデム装置５０Ｂに出力する。

【0024】

受信バーストモデム装置５０Ｂは、バースト検出回路とバースト復調回路を含んでいる。バースト検出回路は、スペクトラム合成信号ＲＢに基づいて、バースト信号の受信タイミングを検出する。バースト検出タイミングは、検出されたバースト信号受信タイミングである。バースト検出タイミングが分かれば、既知であるフレームフォーマット情報に基づいてバースト信号フレーム区間を推定することができる。バースト復調回路は、スペクトラム合成信号ＲＢをバースト復調し、受信信号を取得する。

【0025】

図８は、バースト信号の場合の位相差補償処理を説明するための概念図である。データ信号ＤＡＴは、ランダムビットからなる変調信号である。そのようなデータ信号ＤＡＴの受信区間では、スペクトラム分解信号ＲＤは、図４で示された連続信号の場合と同様のサブスペクトラムＳＳＰ１～ＳＳＰ３を有する。スペクトラム合成処理において、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２は交点周波数ｆ１において交差し、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３は交点周波数ｆ２において交差する。位相差推定回路４Ｄは、交点周波数ｆ１におけるサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２のそれぞれの位相に基づいて、位相差θ１（図４参照）を推定する。同様に、位相差推定回路４Ｄは、交点周波数ｆ２におけるサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３のそれぞれの位相に基づいて、位相差θ２（図４参照）を推定する。

【0026】

しかしながら、プリアンブル信号ＰＲＥのキャリア再生信号ＣＡは、連続する同一ビットからなる無変調信号である。そのようなキャリア再生信号ＣＡの受信区間においては、スペクトラム分解信号ＲＤのスペクトラムは、図８に示されるように線スペクトラムとなる。つまり、バースト信号のキャリア再生信号ＣＡの受信区間においては、上記の交点周波数ｆ１、ｆ２に有意な信号が存在しない。従って、位相差θ１、θ２を正確に推定することができない。

【0027】

有意な信号が存在しなくても位相差推定回路４Ｄは動作する。その結果、位相差推定回路４Ｄは、正しい位相差θ１、θ２ではなく、意味のない誤った位相差θ１’、θ２’を合成処理回路４Ｂに出力する。合成処理回路４Ｂは、誤った位相差θ１’、θ２’に基づいて各サブスペクトラムの位相特性を補正して、スペクトラム合成処理を行う。従って、合成後のスペクトラム合成信号ＲＢの位相特性は連続せず、位相差が残留する。具体的には、交点周波数ｆ１ではθ１－θ１’の位相差が残留し、交点周波数ｆ２ではθ１＋θ２－θ１’－θ２’の位相差が残留する。

【0028】

図９は、位相差推定が正しく実施されない場合の課題を説明するための概念図である。受信バーストモデム装置５０Ｂのバースト検出回路は、バースト信号の受信タイミング（バースト検出タイミング）を検出する。具体的には、バースト検出回路は、スペクトラム合成信号ＲＢのシンボル位相差分の累積値の絶対値を閾値と比較する。そして、バースト検出回路は、シンボル位相差分の累積値の絶対値が閾値を超えるタイミングをバースト検出タイミングとする。バースト検出タイミングが分かるとバースト復調が可能となる。

【0029】

しかしながら、上述の通り、プリアンブル信号ＰＲＥ（キャリア再生信号ＣＡ）の受信区間において、位相差推定は正しく実施されない。その結果、位相差補償処理は不完全となり、スペクトラム合成信号ＲＢの位相特性には位相差（不連続）が残留する。その場合、プリアンブル信号ＰＲＥ（キャリア再生信号ＣＡ）の受信区間において、シンボル位相差分の累積値の絶対値が、閾値に到達しない可能性がある。すなわち、バースト検出タイミングが得られない可能性がある。バースト検出タイミングが得られないと、バースト復調ができなくなる。

【0030】

このように、従来のスペクトラム分解・合成伝送技術が単純にバースト信号の通信に適用される場合、バースト信号の復調が正しく行われないおそれがある。

【0031】

本発明の１つの目的は、スペクトラム分解・合成を利用してバースト信号を適切に伝送することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0032】

第１の観点は、無線通信システムに関連する。
無線通信システムは、
送信バーストモデム装置に接続される送信アダプタ装置と、
受信バーストモデム装置に接続される受信アダプタ装置と
を備える。
送信アダプタ装置は、
送信バーストモデム装置から入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成し、
補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成し、
スペクトラム分解信号を送信する
ように構成される。
受信アダプタ装置は、
スペクトラム分解信号を受信し、
位相同期信号に対応するスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムに基づいて、複数のサブスペクトル間の位相差を推定し、
推定された位相差を補償しながらスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成し、
スペクトラム合成信号を受信バーストモデム装置に出力する
ように構成される。

【0033】

第２の観点は、送信バーストモデム装置に接続される送信アダプタ装置と受信バーストモデム装置に接続される受信アダプタ装置との間で無線通信を行う無線通信方法に関連する。
無線通信方法は、
送信バーストモデム装置から送信アダプタ装置に入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成する処理と、
補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成する処理と、
スペクトラム分解信号を送信アダプタ装置から受信アダプタ装置に送信する処理と、
位相同期信号に対応するスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムに基づいて、複数のサブスペクトル間の位相差を推定する処理と、
推定された位相差を補償しながらスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成する処理と、
スペクトラム合成信号を受信アダプタ装置から受信バーストモデム装置に出力する処理と
を含む。

【0034】

第３の観点は、送信バーストモデム装置に接続され、受信側システムと通信を行う送信アダプタ装置に関連する。
送信アダプタ装置は、
送信バーストモデム装置から入力されるバースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成する信号補正回路と、
補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成するスペクトラム分解回路と
を備える。
受信側システムは、
送信アダプタ装置から送信されるスペクトラム分解信号を受信し、
位相同期信号に対応するスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムに基づいて、複数のサブスペクトル間の位相差を推定し、
推定された位相差を補償しながらスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成する
ように構成される。

【0035】

第４の観点は、受信バーストモデム装置に接続され、送信側システムと通信を行う受信アダプタ装置に関連する。
送信側システムは、
バースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号を付加することによって補正バースト信号を生成し、
補正バースト信号を周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解することによって、複数のサブスペクトラムを有するスペクトラム分解信号を生成し、
スペクトラム分解信号を受信アダプタ装置に送信する
ように構成される。
受信アダプタ装置は、
位相同期信号に対応するスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムに基づいて、複数のサブスペクトル間の位相差を推定する位相差推定回路と、
推定された位相差を補償しながらスペクトラム分解信号の複数のサブスペクトラムを合成することによってスペクトラム合成信号を生成し、スペクトラム合成信号を受信バーストモデム装置に出力するスペクトラム合成回路と
を備える。

【発明の効果】

【0036】

本発明によれば、送信側において、バースト信号のプリアンブル信号の前段にランダムビットを含む位相同期信号が付加される。受信側では、その位相同期信号を用いることによって、複数のサブスペクトル間の位相差を精度良く推定することが可能となる。そして、推定された位相差を補償しながらスペクトラム合成処理が行われる。バースト信号のプリアンブル信号に対しても位相差補償処理及びスペクトラム合成処理は精度良く行われるため、バースト信号の受信タイミングを検出し、バースト復調を適切に行うことが可能となる。このように、本発明によれば、スペクトラム分解・合成を利用してバースト信号を適切に伝送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】スペクトラム分解・合成伝送の概要を説明するための概念図である。

【図2】従来技術に係るスペクトラム分解・合成を行う無線通信システムの構成例を概略的に示すブロック図である。

【図3】一般的な連続信号の場合のフレームフォーマットを示す概念図である。

【図4】スペクトラム合成処理時の位相差補償処理を説明するための概念図である。

【図5】従来技術に係るスペクトラム分解・合成を行う無線通信システムの他の構成例を概略的に示すブロック図である。

【図6】一般的なバースト信号フレームフォーマットを示す概念図である。

【図7】バースト信号のスペクトラム分解・合成を行う無線通信システムの構成を概略的に示すブロック図である。

【図8】バースト信号の場合の課題について説明するための概念図である。

【図9】バースト信号の場合の課題について説明するための概念図である。

【図10】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を概略的に示すブロック図である。

【図11】本発明の実施の形態に係る送信アダプタ装置の構成例を示すブロック図である。

【図12】本発明の実施の形態に係る補正バースト信号を説明するための概念図である。

【図13】本発明の実施の形態に係る送信アダプタ装置による信号補正処理を説明するための概念図である。

【図14】本発明の実施の形態に係る受信アダプタ装置の構成例を示すブロック図である。

【図15】本発明の実施の形態に係る位相差補償処理を説明するための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

【0039】

図１０は、本実施の形態に係る無線通信システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。無線通信システム１００は、送信側システム１００Ｔと受信側システム１００Ｒを含んでいる。送信側システム１００Ｔと受信側システム１００Ｒとの間で無線通信が行われる。例えば、無線通信システム１００は、衛星通信システムである。その場合、衛星中継器を経由して送信側システム１００Ｔと受信側システム１００Ｒとの間で無線通信が行われる。

【0040】

送信側システム１００Ｔは、送信バーストモデム装置２００と外付けの送信アダプタ装置３００を含んでいる。送信アダプタ装置３００は、送信バーストモデム装置２００とアンテナとの間に接続（挿入）される。受信側システム１００Ｒは、受信バーストモデム装置５００と外付けの受信アダプタ装置４００を含んでいる。受信アダプタ装置４００は、受信バーストモデム装置５００とアンテナとの間に接続（挿入）される。

【0041】

送信バーストモデム装置２００は、図６で示されたようなフレームフォーマットを有するバースト信号ＴＢ（アナログ）を出力する。

【0042】

送信アダプタ装置３００は、送信バーストモデム装置２００から出力されるバースト信号ＴＢを受け取る。送信アダプタ装置３００は、入力されるバースト信号ＴＢに対してスペクトラム分解処理を行うことによって、スペクトラム分解信号ＴＤを生成し、出力する。

【0043】

図１１は、送信アダプタ装置３００の構成例を示すブロック図である。送信アダプタ装置３００は、Ａ／Ｄ変換回路３１０、信号補正回路３２０、スペクトラム分解回路３３０、及びＤ／Ａ変換回路３４０を含んでいる。

【0044】

Ａ／Ｄ変換回路３１０は、送信バーストモデム装置２００から入力されるアナログのバースト信号ＴＢをデジタルのバースト信号ＴＢに変換する。Ａ／Ｄ変換回路３１０は、デジタルのバースト信号ＴＢを信号補正回路３２０に出力する。

【0045】

信号補正回路３２０は、入力されるバースト信号ＴＢに対して信号補正処理を行うことにより、「補正バースト信号ＴＣ」を生成する。図１２は、補正バースト信号ＴＣを説明するための概念図である。補正バースト信号ＴＣは、図６で示された信号に加えて、「位相同期信号ＰＳ」を更に含んでいる。つまり、補正バースト信号ＴＣは、プリアンブル信号ＰＲＥ（キャリア再生信号ＣＡ、タイミング再生信号ＴＭ）、ユニークワードＵＷ、及びデータ信号ＤＡＴに加えて、位相同期信号ＰＳを更に含んでいる。この位相同期信号ＰＳは、ランダムビットを含んでいる。ランダムビットを含む位相同期信号ＰＳは、プリアンブル信号ＰＲＥの前段に配置され、後述されるスペクトラム合成処理（位相差補償処理）において利用される。信号補正回路３２０は、バースト信号ＴＢのプリアンブル信号ＰＲＥの前段にランダムビットを含む位相同期信号ＰＳを付加することによって、補正バースト信号ＴＣを生成する。

【0046】

例えば、図１１に示されるように、信号補正回路３２０は、遅延回路３２１、バースト検出回路３２２、位相同期信号生成回路３２３、変調回路３２４、及び加算回路３２５を含んでいる。遅延回路３２１は、入力されるバースト信号ＴＢを一定時間遅延させて、加算回路３２５に出力する。遅延回路３２１から出力される遅延後のバースト信号ＴＢを、便宜上、バースト信号ＴＢｄと呼ぶ（図１３参照）。バースト検出回路３２２は、入力されるバースト信号ＴＢに基づいて、バースト信号ＴＢの先頭のフレームタイミングを検出する。位相同期信号生成回路３２３は、ランダムビットを含む位相同期信号ＰＳを生成する。変調回路３２４は、位相同期信号ＰＳを変調して、加算回路３２５に出力する。加算回路３２５は、バースト検出回路３２２によるバーストフレームの検出をトリガとして、バースト信号ＴＢｄと位相同期信号ＰＳを加算することにより補正バースト信号ＴＣを生成する。言い換えれば、加算回路３２５は、遅延後のバースト信号ＴＢｄの前段に位相同期信号ＰＳを挿入することによって補正バースト信号ＴＣを生成する（図１３参照）。信号補正回路３２０は、このようにして生成した補正バースト信号ＴＣをスペクトラム分解回路３３０に出力する。

【0047】

スペクトラム分解回路３３０は、入力される補正バースト信号ＴＣに対して「スペクトラム分解処理」を行うことによってスペクトラム分解信号ＴＤを生成する。より詳細には、スペクトラム分解回路３３０は、周波数領域変換回路３３１、分解処理回路３３２、及び時間領域変換回路３３３を含んでいる。周波数領域変換回路３３１は、高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transform）によって周波数領域における補正バースト信号ＴＣを取得する。分解処理回路３３２は、補正バースト信号ＴＣを周波数軸上で複数のサブスペクトラムに分解し、複数のサブスペクトラムを所望の周波数位置（未使用帯域）にシフトさせる、つまり、分散的に配置する。スペクトラム分解信号ＴＤは、このようにして生成された複数のサブスペクトラムを有する。時間領域変換回路３３３は、逆高速フーリエ変換（IFFT: Inverse FFT）によって時間領域におけるスペクトラム分解信号ＴＤを生成し、出力する。

【0048】

Ｄ／Ａ変換回路３４０は、スペクトラム分解信号ＴＤをアナログのスペクトラム分解信号ＴＤに変換し、出力する。

【0049】

送信側システム１００Ｔの送信アダプタ装置３００は、スペクトラム分解信号ＴＤを受信側システム１００Ｒに送信する。受信側システム１００Ｒの受信アダプタ装置４００は、スペクトラム分解信号ＴＤをスペクトラム分解信号ＲＤとして受信する。

【0050】

図１４は、受信アダプタ装置４００の構成例を示すブロック図である。受信アダプタ装置４００は、Ａ／Ｄ変換回路４１０、スペクトラム合成回路４２０、バースト検出回路４３０、及びＤ／Ａ変換回路４４０を含んでいる。

【0051】

Ａ／Ｄ変換回路４１０は、入力されるアナログのスペクトラム分解信号ＲＤをデジタルのスペクトラム分解信号ＲＤに変換する。Ａ／Ｄ変換回路４１０は、スペクトラム分解信号ＲＤをスペクトラム合成回路４２０に出力する。

【0052】

スペクトラム合成回路４２０は、入力されるスペクトラム分解信号ＲＤに対して「スペクトラム合成処理」を行うことによってスペクトラム合成信号ＲＢを生成する。より詳細には、スペクトラム合成回路４２０は、周波数領域変換回路４２１、合成処理回路４２２、時間領域変換回路４２３、及び位相差推定回路４２４を含んでいる。周波数領域変換回路４２１は、ＦＦＴによって周波数領域におけるスペクトラム分解信号ＲＤを取得する。合成処理回路４２２は、スペクトラム分解信号ＲＤの複数のサブスペクトラムを抽出し、合成する。このとき、合成処理回路４２２は、複数のサブスペクトラムを元のバースト信号ＴＢの周波数位置に戻すことによって、複数のサブスペクトラムを合成する。スペクトラム合成信号ＲＢは、合成後のスペクトラムを有する。時間領域変換回路４２３は、ＩＦＦＴによって時間領域におけるスペクトラム合成信号ＲＢを生成し、出力する。

【0053】

スペクトラム合成処理においては、「位相差補償処理」が行われる。具体的には、位相差推定回路４２４は、スペクトラム分解信号ＲＤの複数のサブスペクトラムに基づいて、複数のサブスペクトル間の位相差を推定（検出）する。位相差推定回路４２４は、推定した位相差を合成処理回路４２２に出力する。合成処理回路４２２は、推定された位相差を補償しながらスペクトラム合成処理を行う。つまり、合成処理回路４２２は、位相差が０になるように各サブスペクトラムの位相特性を補正して、スペクトラム合成処理を行う。これにより、合成後のスペクトラム合成信号ＲＢの位相特性が連続する。

【0054】

図１５は、本実施の形態に係るスペクトラム合成処理時の位相差補償処理を説明するための概念図である。

【0055】

まず、位相同期信号ＰＳの受信区間について考える（図１５中の（ａ））。上述の通り、位相同期信号ＰＳは、ランダムビットを含んでいる。従って、位相同期信号ＰＳに対応するスペクトラム分解信号ＲＤは、データ信号ＤＡＴの場合と同様の複数のサブスペクトラムを有する。図１５に示される例では、位相同期信号ＰＳに対応するスペクトラム分解信号ＲＤは、複数のサブスペクトラムＳＳＰ１～ＳＳＰ３を有している。

【0056】

スペクトラム合成処理において、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２は交点周波数ｆ１において交差し、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３は交点周波数ｆ２において交差する。位相差推定回路４２４は、交点周波数ｆ１におけるサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２のそれぞれの位相に基づいて、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ１、ＳＳＰ２間の位相差θ１を推定する。同様に、位相差推定回路４２４は、交点周波数ｆ２におけるサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３のそれぞれの位相に基づいて、隣接するサブスペクトラムＳＳＰ２、ＳＳＰ３間の位相差θ２を推定する。

【0057】

このように、位相差推定回路４２４は、位相同期信号ＰＳに対応するスペクトラム分解信号ＲＤの複数のサブスペクトラムＳＳＰ１～ＳＳＰ３に基づいて、位相差θ１、θ２を推定することができる。位相差推定回路４２４は、位相同期信号ＰＳの受信区間において推定された位相差θ１、θ２を保持する。例えば、図１４に示されるように、位相差推定回路４２４は、位相同期信号ＰＳの受信区間において推定された位相差θ１、θ２を保持する保持回路４２５を含んでいる。位相差推定回路４２４は、保持回路４２５に保持されている位相差θ１、θ２を合成処理回路４２２に出力する。合成処理回路４２２は、推定された位相差θ１、θ２を補償しながらスペクトラム合成処理を行う。

【0058】

次に、プリアンブル信号ＰＲＥ（特にキャリア再生信号ＣＡ）の受信区間について考える（図１５中の（ｂ））。合成処理回路４２２は、保持回路４２５に保持されている位相差θ１、θ２に基づいて、プリアンブル信号ＰＲＥに対応するスペクトラム分解信号ＲＤに関するスペクトラム合成処理を行う。正確な位相差θ１、θ２が用いられるため、プリアンブル信号ＰＲＥに対しても位相差補償処理及びスペクトラム合成処理は精度良く行われる。

【0059】

バースト検出回路４３０は、時間領域変換回路４２３から出力されるスペクトラム合成信号ＲＢを受け取る。バースト検出回路４３０は、プリアンブル信号ＰＲＥに対応するスペクトラム合成信号ＲＢに基づいて、バースト信号の受信タイミング（バースト検出タイミング）を検出する（図９参照）。バースト検出回路４３０は、バースト検出タイミングを位相差推定回路４２４に通知する。バースト検出タイミングが分かれば、既知であるフレームフォーマット情報に基づいてバーストフレーム受信区間を推定することができる。保持回路４２５は、少なくともバーストフレーム受信区間が終了するまで、推定された位相差θ１、θ２を保持する。

【0060】

次に、ユニークワードＵＷ及びデータ信号ＤＡＴの受信区間について考える（図１５中の（ｃ））。合成処理回路４２２は、保持回路４２５に保持されている位相差θ１、θ２に基づいて、ユニークワードＵＷ及びデータ信号ＤＡＴに対応するスペクトラム分解信号ＲＤに関するスペクトラム合成処理を行う。正確な位相差θ１、θ２が用いられるため、ユニークワードＵＷ及びデータ信号ＤＡＴに対しても位相差補償処理及びスペクトラム合成処理は精度良く行われる。

【0061】

Ｄ／Ａ変換回路４４０は、スペクトラム合成回路４２０から出力されるスペクトラム合成信号ＲＢをアナログのスペクトラム合成信号ＲＢに変換する。

【0062】

受信アダプタ装置４００は、このようにして生成したスペクトラム合成信号ＲＢを受信バーストモデム装置５００に出力する。

【0063】

受信バーストモデム装置５００は、受信アダプタ装置４００から出力されるスペクトラム合成信号ＲＢを受け取る。受信バーストモデム装置５００は、バースト検出回路とバースト復調回路を含んでいる。バースト検出回路は、スペクトラム合成信号ＲＢに基づいて、バースト信号の受信タイミングを検出する。より詳細には、バースト検出回路は、スペクトラム合成信号ＲＢのシンボル位相差分の累積値の絶対値を閾値と比較する。そして、バースト検出回路は、シンボル位相差分の累積値の絶対値が閾値を超えるタイミングをバースト検出タイミングとする（図９参照）。バースト検出タイミングが分かれば、既知であるフレームフォーマット情報に基づいてバースト信号フレーム区間を推定することができる。バースト復調回路は、スペクトラム合成信号ＲＢをバースト復調し、受信信号を取得する。

【0064】

＜効果＞
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、送信アダプタ装置３００において、バースト信号のプリアンブル信号ＰＲＥの前段にランダムビットを含む位相同期信号ＰＳが付加される。受信アダプタ装置４００では、その位相同期信号ＰＳを用いることによって、複数のサブスペクトル間の位相差を精度良く推定することが可能となる。そして、推定された位相差を補償しながらスペクトラム合成処理が行われる。バースト信号のプリアンブル信号ＰＲＥに対しても位相差補償処理及びスペクトラム合成処理は精度良く行われるため、バースト信号の受信タイミングを検出し、バースト復調を適切に行うことが可能となる。すなわち、本実施の形態によれば、スペクトラム分解・合成を利用してバースト信号を適切に伝送することが可能となる。

【0065】

例えば、衛星ＩｏＴの場合、ＩｏＴユーザは小容量データを瞬間的に送信するため、バースト信号の使用が想定される。本実施の形態に係るスペクトラム分解・合成伝送技術を利用することによって、多数のＩｏＴ信号を効率的に収集することが可能となる（図１参照）。

【0066】

更に、本実施の形態によれば、送信アダプタ装置３００と受信アダプタ装置４００が提供される。これら送信アダプタ装置３００と受信アダプタ装置４００を利用することによって、既存の送信バーストモデム装置２００と既存の受信バーストモデム装置５００との間でバースト信号のスペクトラム分解・合成伝送を実現することが可能となる。

【符号の説明】

【0067】

１００ 無線通信システム
１００Ｔ 送信側システム
１００Ｒ 受信側システム
２００ 送信バーストモデム装置
３００ 送信アダプタ装置
３２０ 信号補正回路
３３０ スペクトラム分解回路
３３２ 分解処理回路
４００ 受信アダプタ装置
４２０ スペクトラム合成回路
４２２ 合成処理回路
４２４ 位相差推定回路
４２５ 保持回路
５００ 受信バーストモデム装置
ＣＡ キャリア再生信号
ＤＡＴ データ信号
ＰＲＥ プリアンブル信号
ＰＳ 位相同期信号
ＴＭ タイミング再生信号
ＵＷ ユニークワード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】