JP7268749B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う無線通信システムに関する。

一般的な無線通信において、アナログの受信信号が小さ過ぎる場合はディジタル信号に変換するときの量子化誤差に信号が埋もれてしまい、逆にアナログの受信信号が大き過ぎる場合はディジタル信号に変換するときに信号が飽和してしまうという問題があるため、受信信号の電力密度を調整するための利得制御が行われている。

特に帯域分割合成伝送を行う場合、送信装置は、送信信号のスペクトラムを周波数軸上で複数のサブスペクトラムに帯域分割し、各々のサブスペクトラムを異なる周波数に配置して送信し、受信装置は、受信する複数のサブスペクトラムを周波数軸上で元の周波数位置に戻した後で帯域合成するため、サブスペクトラム間の電力密度の調整が不可欠である。例えば帯域分割合成伝送では、回線品質が劣化しないように受信信号の隣接するサブスペクトラムの電力密度が同じであるという前提条件で帯域合成を行うことが原則であるため、受信装置側で帯域合成する前の隣接するサブスペクトラムの電力密度が一定になる（電力密度のばらつきが所定の範囲内に収まる（好ましくは同一になる））ように制御する必要がある。このため、通常の受信装置は、受信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度を一定にするための受信利得の制御装置を備えている（例えば、非特許文献１参照）。

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.

帯域分割合成伝送では、送信装置において、帯域分割フィルタにより帯域分割されたサブスペクトラムの信号が周波数シフタにより予め決められた周波数に配置されて送信される。ここで、帯域分割された信号が分割信号Ａと分割信号Ｂである場合、分割信号Ａと分割信号Ｂの信号は同じ電力密度で分割されるが、送信装置と受信装置との間に周波数特性が平坦ではない衛星中継器が存在する場合、送信装置側で同じ電力密度で送信された分割信号Ａと分割信号Ｂとが受信装置側で受信されるときには、分割信号Ａと分割信号Ｂとの間に電力密度差が生じる。例えば、同一の衛星中継器内では複数の信号が同じアナログ装置を経由するため分割信号間に大きな電力密度差は生じにくいが、レベルダイヤが異なる複数の衛星中継器に複数の分割信号が分散して中継される場合、受信装置側で受信される分割信号間に大きな電力密度差が生じることがある。なお、衛星中継器だけでなく、同様のケースは、他の様々な通信システムにおいても多く存在する。

このようにサブスペクトラム間で大きな電力密度差がある状態において、受信装置の雑音が受信信号に重畳されると、分割信号毎のＣ／Ｎ比（Carrier to Noise ratio）が大きく異なるという問題が生じる。

そこで、従来技術では、各サブスペクトラムの信号の通過帯域に相当する電力密度（例えば電力密度の平均値）を受信装置側で計算し、各サブスペクトラムの受信信号の電力密度がその平均値になるように各々のサブスペクトラムの信号の受信利得を調整が行われている。これにより、複数のサブスペクトラムの電力密度が一定となり、原理的には受信信号の特性が劣化することなく複数のサブスペクトラムの信号の帯域合成が可能となる。

ところが、従来技術の受信装置に具備されている受信利得を調整する機能が動作すると、受信する複数のサブスペクトラムのうち電力密度の小さい分割信号（例えば分割信号Ａ）には大きなゲインが乗じられる。このとき、分割信号Ａに重畳される雑音にも同様に大きなゲインが乗じられ、分割信号Ａに重畳されている雑音電力の絶対値が増加する。一方、受信する複数のサブスペクトラムのうち電力密度の小さい分割信号（例えば分割信号Ｂ）は、分割信号Ａに比べて大きな電力であるため、大きなゲインが乗じられることはなく、信号と雑音の電力密度はわずかに変化する程度で済み、分割信号Ｂに重畳される雑音電力の絶対値は、受信利得の制御が行われてもほぼ変わらない。

このように、分割信号毎のＣ／Ｎ比が大きく異なる状態で帯域合成が行われると、受信信号の一部の帯域には小さな雑音電力が重畳され、同じ受信信号の他の帯域には大きな雑音電力が重畳されることになり、信号品質が劣化するという問題が生じる。

本発明では、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う無線通信システムにおいて、複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように送信装置から送信される各サブスペクトラムの送信電力密度を制御することにより、信号品質の劣化を回避することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記送信装置は、送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部と、前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの送信信号の前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部とを備え、前記受信装置は、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック部と、複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部とを備え、前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の平均値であることを特徴とする。
また、本発明は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記送信装置は、送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部と、前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの送信信号の前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部とを備え、前記受信装置は、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック部と、複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部とを備え、前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の中心周波数の受信電力の情報であることを特徴とする。

また、本発明は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と中継装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記送信装置は、送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部を備え、前記中継装置は、前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの信号を前記受信装置に送信するときの前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部を備え、前記受信装置は、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記中継装置にフィードバックするフィードバック部と、複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部とを備え、前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の平均値であることを特徴とする。
また、本発明は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と中継装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記送信装置は、送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部を備え、前記中継装置は、前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの信号を前記受信装置に送信するときの前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部を備え、前記受信装置は、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記中継装置にフィードバックするフィードバック部と、複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部とを備え、前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の中心周波数の受信電力の情報であることを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムは、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う無線通信システムにおいて、複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように送信装置から送信される各サブスペクトラムの送信電力密度を制御することにより、信号品質の劣化を回避することができる。

本実施形態に係る無線通信システムの構成例（１）を示す図である。 本実施形態に係る構成例（２）の無線通信システムを示す図である。 比較例の無線通信システムの構成例を示す図である。 図３の比較例の送信装置におけるＳ７１、Ｓ７２およびＳ７３のスペクトラムの一例を示す図である。 図３の比較例の受信装置におけるＳ７４、Ｓ７５およびＳ７６のスペクトラムの一例を示す図である。 比較例の無線通信システムにおける受信雑音の一例を示す図である。 構成例（１）および構成例（２）における各部のスペクトラムの一例を示す図である。 構成例（１）および構成例（２）における各部のスペクトラムの一例を示す図である。 受信装置から送信装置（または中継装置）にフィードバックされる電力密度の情報の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る無線通信システムの実施形態について説明する。

［構成例（１）］
図１は、本実施形態に係る無線通信システム１００の構成例（１）を示す。図１において、無線通信システム１００は、送信装置１０１と受信装置１０２との間で帯域分割合成伝送を行う。送信装置１０１は、ユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して送信し、受信装置１０２は、受信する複数のサブスペクトラムを帯域合成してユーザ信号を復元する。なお、送信装置１０１および受信装置１０２は、例えば通信衛星など周波数特性が平坦ではない中継器を経由して通信を行うため、送信装置１０１側で同じ電力密度で送信された複数のサブスペクトラムの信号が受信装置１０２側で受信されるときには、受信信号の複数のサブスペクトラム間に電力密度差が生じる。そこで、本実施形態に係る無線通信システム１００は、受信装置１０２で受信される複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように制御する機能を有している。

以下、送信装置１０１および受信装置１０２の構成について詳しく説明する。

図１において、送信装置１０１は、帯域分割部２０１、送信利得制御部２０２、送信部２０３および受信部２０４を有する。

帯域分割部２０１は、入力信号を周波数軸上で分割する。例えば帯域分割部２０１は、受信装置１０２に送信するユーザ信号を入力し、ユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割する。なお、帯域分割は、例えば帯域分割フィルタにより行われる。或いは、離散フーリエ変換および逆離散フーリエ変換を行って、周波数領域で帯域分割してもよい。ここで、本実施形態では、帯域分割部２０１は、帯域分割した複数のサブスペクトラムの信号を異なる周波数にシフトする周波数シフタの機能を有する。そして、帯域分割部２０１は、周波数シフトした複数のサブスペクトラムの信号を送信利得制御部２０２に出力する。

送信利得制御部２０２は、受信装置１０２からフィードバックされる受信信号の電力密度の情報に基づき、帯域分割された複数のサブスペクトラムの信号レベルが一定になるように、サブスペクトラム単位で利得制御を行う。

送信部２０３は、送信利得制御部２０２が出力する送信信号をアンテナから送信する機能を有する。

受信部２０４は、受信装置１０２から送信された信号を受信アンテナで受信して復調し、復調した情報（例えば上述の電力密度の情報）を送信利得制御部２０２に出力する。なお、復調機能は、受信部２０４側ではなく送信利得制御部２０２側に設けてもよい。

一方、図１において、受信装置１０２は、受信部３００、受信利得制御部３０１、帯域合成部３０２、受信電力密度検出部３０３、フィードバック部３０４および送信部３０５を有する。

受信部３００は、送信装置１０１から送信された信号を受信アンテナで受信してアンテナ増幅器で増幅した受信信号を受信利得制御部３０１および受信電力密度検出部３０３に出力する。

受信利得制御部３０１は、受信部３００が出力する受信信号の複数のサブスペクトラムの各々のサブスペクトラムの受信利得を受信電力密度検出部３０３から出力される情報に基づいて制御する。ここで、受信電力密度検出部３０３から出力される情報は、受信信号の複数のサブスペクトラムの各サブスペクトラムのレベルに関する情報であり、本実施形態では、例えば複数のサブスペクトラムの各サブスペクトラムの電力密度に関する情報である。そして、受信利得制御部３０１は、受信信号に含まれる複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように各々のサブスペクトラムの信号の受信利得を制御する。ここで、本実施形態では、送信装置１０１側の送信利得制御部２０２は、受信装置１０２における受信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、送信信号の複数のサブスペクトラムの各サブスペクトラムの信号の送信利得を制御しているので、受信利得制御部３０１に入力される複数のサブスペクトラム間の受信信号の電力密度の差は小さい。なお、通信開始時において、送信装置１０１側で送信利得の制御が行われていないときは、従来と同様に複数のサブスペクトラム間の電力密度差は大きいが、フィードバック部３０４によりサブスペクトラム毎の受信信号の電力密度の情報が送信装置１０１側にフィードバックされ、送信利得の制御が開始されると複数のサブスペクトラム間の電力密度差は小さくなる。

帯域合成部３０２は、受信利得制御部３０１から出力される複数のサブスペクトラムの信号を再び合成し、合成されたユーザ信号を出力する。なお、帯域合成は、例えば帯域合成フィルタにより行われる。或いは、離散フーリエ変換および逆離散フーリエ変換を行って、周波数領域で帯域合成してもよい。ここで、本実施形態では、帯域合成部３０２は、送信装置１０１側で異なる周波数にシフトされた帯域分割後の複数のサブスペクトラムを元に周波数にシフトする周波数シフタの機能を有する。そして、帯域合成部３０２は、元の周波数に周波数シフトされた複数のサブスペクトラムの信号を帯域合成する。

受信電力密度検出部３０３は、受信部３００が出力する受信信号の複数のサブスペクトラムの各々のサブスペクトラムについて電力密度（例えばサブスペクトラム毎の電力密度の平均値）を検出する。そして、受信電力密度検出部３０３は、各サブスペクトラムの電力密度の情報をフィードバック部３０４に出力するとともに、受信利得制御部３０１にも出力する。なお、本実施形態ではサブスペクトラム毎の電力密度の平均値としたが、電力密度の平均値以外（例えば中心周波数の受信電力など）の情報などサブスペクトラム毎の受信信号のレベルを表す情報であってもよい。

フィードバック部３０４は、受信電力密度検出部３０３から出力される各サブスペクトラムの電力密度の情報を送信部３０５から送信装置１０１側に送信する。

送信部３０５は、フィードバック部３０４が出力する電力密度の情報を変調してアンテナから送信装置１０１に送信する。なお、電力密度の情報を変調する機能は、送信部３０５側ではなくフィードバック部３０４側に設けてもよい。この場合、フィードバック部３０４は、電力密度の情報を変調し、送信部３０５は、フィードバック部３０４が出力する変調された電力密度の情報をアンテナから送信装置１０１側に送信する。ここで、フィードバック部３０４が送信する電力密度の情報は、例えば通常の上りリンク（受信装置１０２から送信装置１０１へ情報転送するためのリンク）で送信される信号に重畳あるいは多重して送信してもよい。

このように、本実施形態に係る構成例（１）の無線通信システム１００は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う場合に、受信装置１０２からフィードバックされる各サブスペクトラムの電力密度の情報に基づいて、複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように送信装置１０１から送信される各サブスペクトラムの送信電力密度を制御することにより、信号品質の劣化を回避することができる。

なお、原理的には完全に送信装置１０１側の送信利得制御部２０２が受信装置１０２側における受信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように制御できれば、受信利得制御部３０１は不要となるが、実際には送信装置１０１と受信装置１０２との間は通信衛星を経由するため長遅延であることと、送信利得制御部２０２が行う制御において、例えば１ｄＢステップ等の量子化誤差が含まれるため、完全に送信利得制御部２０２だけで受信装置１０２側における受信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度を一定にすることは難しい。そこで、本実施形態では、送信利得制御部２０２が送信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度の制御を施すとともに、受信利得制御部３０１が受信信号の複数のサブスペクトラム間においても小さな電力密度差を含むことを想定し、受信利得制御部３０１により受信利得の制御を行う構成としている。

ただし、本実施形態に係る無線通信システム１００は、図１の構成に限定されるものではなく、ある程度の信号品質の劣化を許容するのであれば、受信利得制御部３０１を設けずに受信信号を直接、帯域合成部３０２に入力する構成にしても構わない。この場合でも、受信利得制御部３０１のみで複数のサブスペクトラムの電力密度を一定にする制御を行う場合に比べて信号品質の劣化を回避することができる。

［構成例（２）］
図２は、本実施形態に係る構成例（２）の無線通信システム１００ａを示す。図２において、無線通信システム１００ａは、送信装置１０１ａと受信装置１０２と中継装置１０３とを有する。送信装置１０１ａはユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して通信衛星などの中継装置１０３に送信し、中継装置１０３は送信装置１０１ａから受信する複数のサブスペクトラムの信号を受信装置１０２に送信し、受信装置１０２は中継装置１０３から受信する複数のサブスペクトラムの信号を帯域合成してユーザ信号を復元する帯域分割合成伝送を行う。なお、中継装置１０３は、例えば通信衛星など周波数特性が平坦ではない中継器であるため、送信装置１０１ａ側で同じ電力密度で送信された複数のサブスペクトラムの信号が受信装置１０２側で受信されるときには、複数のサブスペクトラム間に電力密度差が生じる。そこで、本実施形態に係る無線通信システム１００ａは、受信装置１０２側における複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように制御する機能を有している。

以下、送信装置１０１ａ、中継装置１０３および受信装置１０２の構成について詳しく説明する。なお、図２において、図１と同符号のブロックは、図１の構成例（１）のブロックと同様に動作する。

図２において、送信装置１０１ａは、帯域分割部２０１および送信部２１０を有する。帯域分割部２０１は、図１の構成例（１）で説明した同符号の帯域分割部２０１と同様に動作し、ユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割する。ここで、構成例（１）と同様に、帯域分割部２０１は、帯域分割した複数のサブスペクトラムを異なる周波数にシフトする周波数シフタの機能を有する。そして、帯域分割部２０１は、周波数シフトした複数のサブスペクトラムの信号を送信部２１０に出力する。送信部２１０は、構成例（１）の送信部２０３と同様の機能を有し、帯域分割部２０１が出力する信号をアンテナから送信する。

このようにして、構成例（２）の送信装置１０１ａは、ユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して中継装置１０３に送信する。

次に、図２において、中継装置１０３は、送信利得制御部２０２ａ、受信部２１１、送信部２１２および受信部２１３を有する。

送信利得制御部２０２ａは、構成例（１）の送信利得制御部２０２と同様に、受信装置１０２からフィードバックされる電力密度の情報に基づき、帯域分割された複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、サブスペクトラム単位で利得制御を行う。

受信部２１１は、送信装置１０１ａから送信された信号を受信アンテナで受信信号に変換して送信利得制御部２０２ａに出力する。

送信部２１２は、構成例（１）の送信部２０３と同様に、送信利得制御部２０２ａが出力する送信信号をアンテナから受信装置１０２に送信する。

受信部２１３は、構成例（１）の受信部２０４と同様に、受信装置１０２から送信された信号を受信アンテナで受信信号に変換して復調し、復調した情報（例えば電力密度の情報）を送信利得制御部２０２ａに出力する。なお、復調機能は、受信部２１３側ではなく送信利得制御部２０２ａ側に設けてもよい。

このように、中継装置１０３は、送信装置１０１から送信される複数のサブスペクトラムの信号を受信して受信装置１０２へ中継するときに、受信装置１０２における受信信号の複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように送信装置１０１から受信するサブスペクトラム毎の受信装置１０２への送信利得を制御する。

次に、図２において、受信装置１０２は、図１の構成例（１）の受信装置１０２と同様に、受信部３００、受信利得制御部３０１、帯域合成部３０２、受信電力密度検出部３０３、フィードバック部３０４および送信部３０５を有する。なお、受信装置１０２の各部の動作は、構成例（１）と同じなので重複する説明は省略するが、受信部３００が中継装置１０３から信号を受信することと、フィードバック部３０４が電力密度の情報を中継装置１０３にフィードバックすることが構成例（１）と異なる。

このように、受信装置１０２は、中継装置１０３から受信する複数のサブスペクトラムのサブスペクトラム毎の電力密度を検出して、検出した電力密度の情報を中継装置１０３にフィードバックする。

なお、本実施形態に係る構成例（２）の無線通信システム１００ａは、図２の構成に限定されるものではなく、また構成例（１）で説明したように、ある程度の信号品質の劣化を許容するのであれば、受信利得制御部３０１を設けずに受信信号を直接、帯域合成部３０２に入力する構成にしても構わない。

このように、本実施形態に係る構成例（２）の無線通信システム１００ａは、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う場合に、中継装置１０３が受信装置１０２からフィードバックされるサブスペクトラム毎の電力密度の情報に基づいて、送信装置１０１ａから受信する複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように制御して受信装置１０２へ送信することにより、通信衛星など周波数特性が平坦ではない中継器で中継する場合の信号品質の劣化を回避することができる。

［比較例の無線通信システム７００］
図３は、比較例の無線通信システム７００の構成例を示す。図３において、無線通信システム７００は、送信装置７０１および受信装置７０２を有する。ここで、比較例の無線通信システム７００は、先に説明した本実施形態に係る構成例（１）の無線通信システム１００に対応する構成であるが、構成例（２）のように送信装置７０１と受信装置７０２との間に中継装置を有してもよい。なお、比較例での中継装置は、送信装置７０１の送信信号をそのまま中継して受信装置７０２へ送信するだけである。

図３において、送信装置７０１は、帯域分割部８０１および送信部８０２を有する。帯域分割部８０１は、構成例（１）および構成例（２）の帯域分割部２０１と同様に動作し、ユーザ信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割し、各サブスペクトラムを異なる周波数にシフトする機能を有する。送信部８０２は、構成例（２）の送信部２１０と同様に、帯域分割部８０１が出力する信号をアンテナから送信する。

図３において、受信装置７０２は、受信部９００、受信利得制御部９０１、帯域合成部９０２および受信電力密度検出部９０３を有する。

受信部９００は、送信装置７０１から送信された信号を受信アンテナで受信信号に変換して受信利得制御部９０１および受信電力密度検出部９０３に出力する。

受信利得制御部９０１は、受信部９００が出力する受信信号の複数のサブスペクトラムのサブスペクトラム毎の受信利得を受信電力密度検出部９０３から出力される情報に基づいて、複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように各々のサブスペクトラムの信号の受信利得を制御する。ここで、受信電力密度検出部９０３から出力される情報は、例えば複数のサブスペクトラムのサブスペクトラム毎の電力密度に関する情報である。

帯域合成部９０２は、受信利得制御部９０１から出力される複数のサブスペクトラムの信号を再び合成し、合成されたユーザ信号を出力する。ここで、帯域合成部９０２は、送信装置７０１側で異なる周波数にシフトされた帯域分割後の複数のサブスペクトラムの信号を元に周波数にシフトする周波数シフタの機能を有する。そして、帯域合成部９０２は、元の周波数に周波数シフトされた複数のサブスペクトラムの信号を帯域合成する。

受信電力密度検出部９０３は、受信部９００が出力する受信信号の複数のサブスペクトラムのサブスペクトラム毎の電力密度を検出する。そして、受信電力密度検出部９０３は、サブスペクトラム毎の電力密度の情報を受信利得制御部９０１に出力する。

このように、比較例の無線通信システム７００は、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う場合に、受信装置７０２側で検出されるサブスペクトラム毎の電力密度の情報に基づいて、複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるようにサブスペクトラム毎の受信利得を制御する。

［比較例のスペクトラムの一例］
次に、図３の比較例で説明した無線通信システム７００の各部のスペクトラムの一例について説明する。

図４は、図３の比較例の送信装置７０１におけるＳ７１、Ｓ７２およびＳ７３のスペクトラムの一例を示す。図４において、（Ｓ７１）は、送信装置７０１に入力される帯域分割前のユーザ信号のスペクトラムを示す。ここで、帯域分割部８０１は、帯域分割フィルタＡおよび帯域分割フィルタＢにより、ユーザ信号のスペクトラムを分割信号Ａおよび分割信号Ｂの２つのスペクトラムに帯域分割する。

図４において、（Ｓ７２）は、帯域分割フィルタＡおよび帯域分割フィルタＢにより、ユーザ信号のスペクトラムが分割信号Ａおよび分割信号Ｂの２つのスペクトラムに帯域分割された状態を示す。また、（Ｓ７３）は、帯域分割部８０１により帯域分割された（Ｓ７２）の分割信号Ａおよび分割信号Ｂを異なる周波数にシフトしたときのスペクトラムを示し、当該スペクトラムの送信信号が送信部８０２から受信装置７０２に送信される。

図５は、図３の比較例の受信装置７０２におけるＳ７４、Ｓ７５およびＳ７６のスペクトラムの一例を示す。図５において、（Ｓ７４）は、受信装置７０２の受信部９００が出力する受信信号のスペクトラムを示す。ここで、送信装置７０１および受信装置７０２は、例えば衛星中継器など周波数特性が平坦ではない中継器を経由して通信を行うため、図４の（Ｓ７３）に示すように同じ電力密度で送信された分割信号Ａと分割信号Ｂとが受信装置７０２で受信されるときには、図５の（Ｓ７４）に示すように、分割信号Ａと分割信号Ｂとの間に電力密度差が生じることがある。このため、比較例の無線通信システム７００では、受信装置７０２側で分割信号Ａと分割信号Ｂとの電力密度が一定になるように、受信利得制御部９０１は、図５の（Ｓ７５）に示すように、分割信号Ａおよび分割信号Ｂの受信利得の制御を行う。そして、帯域合成部９０２は、電力密度が同じになるように制御された分割信号Ａおよび分割信号Ｂを入力して、送信装置７０１の帯域分割部８０１で異なる周波数にシフトする前の元の周波数の位置に戻した後、図５の（Ｓ７６）に示すように、帯域合成フィルタＡおよび帯域合成フィルタＢにより、分割信号Ａおよび分割信号Ｂを同じ電力密度の信号として合成する。

このようにして、比較例の無線通信システム７００では、複数のサブスペクトラムの受信信号に電力密度差がある場合、受信利得制御部９０１により複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように制御して帯域合成を行い、送信装置７０１が送信する図４の（Ｓ７１）の帯域分割前のユーザ信号が復元される。

ところが、図３に示した受信装置７０２の受信部９００のアンテナ増幅器により受信雑音が重畳されるので、受信利得制御部９０１が受信信号の利得制御を行った場合、分割信号Ａに重畳された雑音と分割信号Ｂに重畳された雑音との雑音電力が異なるという問題が生じる。

図６は、比較例の無線通信システム７００における受信雑音の一例を示す。なお、図６の（Ｓ７４ａ）のスペクトラムは図５の（Ｓ７４）のスペクトラムに受信雑音が重畳された状態、図６の（Ｓ７５ａ）のスペクトラムは図５の（Ｓ７５）のスペクトラムに受信雑音が重畳された状態、図６の（Ｓ７６ａ）のスペクトラムは図５の（Ｓ７６）のスペクトラムに受信雑音が重畳された状態、をそれぞれ示す。

図６の（Ｓ７４ａ）のスペクトラムにおいて、受信装置７０２の受信部９００が出力する受信信号には、受信部９００のアンテナ増幅器などによる受信雑音が重畳されている。ここで、受信部９００が出力する受信信号において、分割信号Ｂよりも電力密度の小さい分割信号Ａの受信雑音のレベルと分割信号Ａよりも電力密度の大きい分割信号Ｂの受信雑音のレベルは同じである。そして、図５で説明したように、受信利得制御部９０１により、分割信号Ａおよび分割信号Ｂの電力密度が一定になるように各々の分割信号の受信利得の制御が行われる。

図６の（Ｓ７５ａ）は、受信利得制御部９０１による利得制御後のスペクトラムである。図６の（Ｓ７５ａ）のスペクトラムにおいて、分割信号Ｂよりも電力密度の小さい分割信号Ａは、増幅されるので受信雑音も大きくなり、逆に分割信号Ａよりも電力密度の大きい分割信号Ｂは、減衰されるので受信雑音も小さくなる。このように、受信利得制御部９０１が利得制御後の分割信号Ａに含まれる受信雑音と分割信号Ｂに含まれる受信雑音との間にレベル差が生じ、レベル差が生じた状態で帯域合成部９０２が分割信号Ａおよび分割信号Ｂの帯域合成を行うことになる。

図６の（Ｓ７６ａ）は、レベル差が生じた状態で帯域合成部９０２が帯域合成フィルタＡおよび帯域合成フィルタＢにより、分割信号Ａおよび分割信号Ｂを帯域合成したスペクトラムを示す。図６の（Ｓ７６ａ）において、帯域合成フィルタＡにより合成された分割信号Ａの帯域に重畳された雑音電力は、帯域合成フィルタＢにより合成された分割信号Ｂの帯域に重畳された雑音電力よりも大きい。

このように、分割信号毎のＣ／Ｎ比が大きく異なる状態で帯域合成が行われると、一部の受信信号の帯域には小さな雑音電力が重畳され、他の受信信号の帯域には大きな雑音電力が重畳されることになり、信号品質が劣化するという問題が生じる。

［本実施形態のスペクトラムの一例］
次に、図１の構成例（１）で説明した無線通信システム１００および図２の構成例（２）で説明した無線通信システム１００ａの各部のスペクトラムの一例について説明する。

図７は、構成例（１）および構成例（２）における各部のスペクトラムの一例を示す。

図７において、（Ｓ１１）は、送信装置１０１（または送信装置１０１ａ）が入力する分割前のユーザ信号のスペクトラムを示す。ここで、帯域分割部２０１は、帯域分割フィルタＡおよび帯域分割フィルタＢにより、ユーザ信号のスペクトラムを分割信号Ａおよび分割信号Ｂの２つのスペクトラムに帯域分割する。なお、先に説明した比較例および本実施形態では、分割信号Ａと分割信号Ｂの２つのサブスペクトラムに帯域分割する場合について説明するが、３つ以上の複数のサブスペクトラムに分割する場合でも同様である。

図７において、（Ｓ１２）は、帯域分割フィルタＡおよび帯域分割フィルタＢにより、ユーザ信号のスペクトラムが分割信号Ａおよび分割信号Ｂの２つのスペクトラムに帯域分割された状態を示す。また、（Ｓ１３）は、帯域分割部２０１により帯域分割された（Ｓ１２）の分割信号Ａおよび分割信号Ｂを異なる周波数にシフトしたときのスペクトラムを示す。さらに、（Ｓ１４）は、受信装置１０２からフィードバックされる電力密度の情報に基づいて送信利得制御部２０２（または送信利得制御部２０２ａ）により送信利得が制御された分割信号Ａおよび分割信号Ｂのスペクトラムを示す。ここで、送信利得制御部２０２（または送信利得制御部２０２ａ）は、受信装置１０２からフィードバックされる分割信号Ａの受信電力密度が分割信号Ｂの受信電力密度よりも小さいので、受信電力密度が一定になるように、分割信号Ａの送信利得を制御して送信電力密度を大きくし、逆に分割信号Ｂの送信利得を制御して送信電力密度を小さくする。これにより、送信利得制御部２０２（または送信利得制御部２０２ａ）に入力される分割信号Ａおよび分割信号Ｂのスペクトラム（Ｓ１３）は、スペクトラム（Ｓ１４）のように調整されて送信利得制御部２０２（または送信利得制御部２０２ａ）から出力され、調整後の分割信号Ａおよび分割信号Ｂが送信部２０３から受信装置１０２に送信される。

図８は、構成例（１）および構成例（２）における各部のスペクトラムの一例を示す。図８において、（Ｓ１５）は、受信装置１０２の受信部３００が出力する受信信号のスペクトラムを示す。ここで、受信装置１０２の受信信号は、例えば衛星中継器など周波数特性が平坦ではない中継器を経由して通信を行うため、比較例の図５の（Ｓ７４）に示すように分割信号Ａと分割信号Ｂとの間に電力密度差が生じるが、本実施形態では、受信装置１０２で受信される分割信号Ａと分割信号Ｂとの間の電力密度差が無くなるように送信装置１０１（または中継装置１０３）が送信利得を制御するので、図８の（Ｓ１５）に示すように、分割信号Ａと分割信号Ｂとの間の電力密度差は殆ど生じていない。

図８の（Ｓ１５ａ）に示すスペクトラムは、（Ｓ１５）の信号に受信部３００のアンテナ増幅器などにより受信雑音が重畳された状態を示す。そして、受信利得制御部３０１は、受信装置１０２側で受信される分割信号Ａと分割信号Ｂとの電力密度が一定になるように、受信部３００から出力される分割信号Ａおよび分割信号Ｂの受信利得の制御を行う。ここで、本実施形態に係る構成例（１）および構成例（２）では、受信装置１０２側で受信される分割信号Ａと分割信号Ｂとの電力密度が一定になるように、送信装置１０１または中継装置１０３が送信利得を制御して送信しているので、受信利得制御部３０１により受信利得が制御されなくても、図８の（Ｓ１６）に示すように分割信号Ａに重畳された雑音と分割信号Ｂに重畳された雑音との間にレベル差が殆ど生じないので、帯域合成部３０２は、同等の雑音が重畳された同じ電力密度の分割信号Ａおよび分割信号Ｂの帯域合成を行うことができる。図８の（Ｓ１７）は、帯域合成部３０２が帯域合成フィルタＡおよび帯域合成フィルタＢにより、分割信号Ａおよび分割信号Ｂを帯域合成したスペクトラムを示す。図８の（Ｓ１７）において、帯域合成フィルタＡにより合成された分割信号Ａの帯域に重畳された雑音電力と帯域合成フィルタＢにより合成された分割信号Ｂの帯域に重畳された雑音電力とは、同等のレベルであり、Ｃ／Ｎ比も同等である。このように、本実施形態に係る構成例（１）の無線通信システム１００および構成例（２）の無線通信システム１００ａは、比較例の無線通信システム７００のように分割信号毎のＣ／Ｎ比が大きく異なる状態で帯域合成が行われることが無いので、信号品質の劣化を回避することができる。

図９は、受信装置１０２から送信装置１０１（または中継装置１０３）にフィードバックされる電力密度の情報の一例を示す。図９において、（Ｓ７３）、（Ｓ７３）、（Ｓ７３）および（Ｓ７３）の各スペクトラムは、図４から図８で説明した同符号のスペクトラムに対応する。送信利得制御部２０２（または送信利得制御部２０２ａ）が分割信号Ａおよび分割信号Ｂの送信利得の制御を行わない場合、先に説明したように、受信装置１０２の受信部３００が受信して出力する分割信号Ａと分割信号Ｂとの間には、図９の（Ｓ７４）に示すように、ＸｄＢの電力密度差が生じる。このＸｄＢの電力密度差を受信電力密度検出部３０３が検出して、フィードバック部３０４は、電力密度差ＸｄＢの情報を電力密度の情報として、送信装置１０１の送信利得制御部２０２（または中継装置１０３の送信利得制御部２０２ａ）にフィードバックする。そして、フィードバックされた情報に基づいて、送信装置１０１（または中継装置１０３）は、図９の（Ｓ１４）に示すように、分割信号Ａの送信電力密度が分割信号Ｂの送信電力密度よりもＸｄＢ大きくなるように送信利得を制御して分割信号Ａおよび分割信号Ｂを送信するので、図９の（Ｓ１５）に示すように、受信装置１０２は、分割信号Ａおよび分割信号Ｂを同一の電力密度で受信することができる。

なお、フィードバックされる電力密度の情報は、分割信号毎（サブスペクトラム毎）の電力密度の実測値であってもよいし、複数の分割信号（複数のサブスペクトラム）間の相対的な電力密度差であってもよい。或いは、予め決められた電力密度の基準値との差であってもよい。この場合、例えば分割信号Ａは－１０ｄＢ、分割信号Ｂは＋５ｄＢのような電力密度の情報がフィードバック部３０４から送信装置１０１または中継装置１０３にフィードバックされる。そして、送信利得制御部２０２または送信利得制御部２０２ａは、分割信号Ａの送信利得を＋１０ｄＢ、分割信号Ｂの送信利得を－５ｄＢのようにそれぞれ制御して分割信号Ａおよび分割信号Ｂを送信する。これにより、受信装置１０２は、分割信号Ａおよび分割信号Ｂを同一の電力密度で受信することができる。

以上、各実施形態で説明したように、本発明に係る無線通信システムは、送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う無線通信システムにおいて、複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように送信装置から送信されるサブスペクトラム毎の送信利得を制御することにより、信号品質の劣化を回避することができる。

１００，１００ａ，７００・・・無線通信システム；１０１，１０１ａ，７０１・・・送信装置；１０２，１０２ａ，７０２・・・受信装置；１０３・・・中継装置；２０１，８０１・・・帯域分割部；２０２，２０２ａ・・・送信利得制御部；２０３，２１０，２１２，３０５，８０２・・・送信部；２０４，２１１，２１３，３００，９００・・・受信部；３０１，９０１・・・受信利得制御部；３０２，９０２・・・帯域合成部；３０３，９０３・・・受信電力密度検出部；３０４・・・フィードバック部

Claims (8)

1. 送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部と、
   前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの送信信号の前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部と
   を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、
   複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック部と、
   複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部と
   を備え、
   前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の平均値である
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部と、
   前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの送信信号の前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部と
   を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、
   複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック部と、
   複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部と
   を備え、
   前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の中心周波数の受信電力の情報である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記フィードバック部でフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の実測値、前記複数のサブスペクトラム間の相対的な電力密度差、又は予め決められた電力密度の基準値との差、のいずれかである
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線通信システムにおいて、
   前記受信装置は、
   前記受信電力密度検出部が検出した前記サブスペクトラム毎の受信信号の電力密度に基づいて、前記複数のサブスペクトラムの受信信号の電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の受信信号の受信利得を制御して前記帯域合成部に出力する受信利得制御部をさらに備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と中継装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部を備え、
   前記中継装置は、
   前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの信号を前記受信装置に送信するときの前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、
   複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記中継装置にフィードバックするフィードバック部と、
   複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部と
   を備え、
   前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の平均値である
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 送信信号のスペクトラムを複数のサブスペクトラムに帯域分割して無線通信を行う送信装置と中継装置と受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   送信信号を複数のサブスペクトラムに帯域分割する帯域分割部を備え、
   前記中継装置は、
   前記受信装置からフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の電力密度に関する情報に基づいて、前記受信装置側における前記複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの信号を前記受信装置に送信するときの前記サブスペクトラム毎の送信利得を制御する送信利得制御部を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信する複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の電力密度を検出する受信電力密度検出部と、
   複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報を前記中継装置にフィードバックするフィードバック部と、
   複数の前記サブスペクトラムの受信信号を帯域合成する帯域合成部と
   を備え、
   前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の中心周波数の受信電力の情報である
   ことを特徴とする無線通信システム。
7. 請求項５又は請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
   前記フィードバック部でフィードバックされる前記サブスペクトラム毎の前記電力密度に関する情報は、前記サブスペクトラム毎の電力密度の実測値、前記複数のサブスペクトラム間の相対的な電力密度差、又は予め決められた電力密度の基準値との差、のいずれかである
   ことを特徴とする無線通信システム。
8. 請求項５から請求項７の何れか１項に記載の無線通信システムにおいて、
   前記受信装置は、
   前記受信電力密度検出部が検出した前記サブスペクトラム毎の電力密度に基づいて、前記複数のサブスペクトラムの電力密度が一定になるように、複数の前記サブスペクトラムの前記サブスペクトラム毎の受信信号の受信利得を制御して前記帯域合成部に出力する受信利得制御部をさらに備える
   ことを特徴とする無線通信システム。

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