(57)【要約】【課題】信号増幅器の非線形歪みによる影響が排除された希望波を抽出することが可能な信号補償装置を提供する。【解決手段】信号補償装置８は、第１局が送信したＩＢ信号と、このＩＢ信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号であるＯＢ信号とが重畳された重畳信号が、ＴＷＴＡを含む中継局から第２局に送信される通信システムに用いられ、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルに、ＯＢ信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する。それゆえ、信号補償装置８によって、希望波（ＩＢ信号）の信号劣化が大幅に低減される。そして、信号補償装置８は、不要波復調方式および遅延検出方式の何れにも適用することができる。【選択図】図１
2011055125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号が、信号増幅器を含む中継局から上記第２局に送信される通信システムに用いられる信号補償装置であって、
入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成手段を備えることを特徴とする信号補償装置。
【請求項２】
上記信号増幅器は、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ：Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｔｕｂｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下ＴＷＴＡ）であって、
上記補償レプリカ信号生成手段は、以下の式（１）〜式（１２）に基づいて、上記レプリカ信号を入力ｓ（ｔ）として得られる出力ｕ（ｔ）を、上記補償レプリカ信号として生成することを特徴とする請求項１に記載の信号補償装置。
ｕ（ｔ）＝ｓ（ｔ）×Ｇ〔ｓ（ｔ）〕    …式（１）
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕＝１／｜ｓ（ｔ）｜
×  ｇ（｜ｓ（ｔ）｜）×ｅｘｐ（ｊｆ（｜ｓ（ｔ）｜））    …式（２）
ｇ（γ）＝αｘ・γ／（１＋βｘ・γ２）    …式（３）
ｆ（γ）＝αφ・γ２／（１＋βφ・γ２）    …式（４）
【数１】
2011055125.tif 000017
【数２】
2011055125.tif 000018
ｉｋ＝α×Ｉｋ    …式（７）
ｑｋ＝α×Ｑｋ    …式（８）
ｓ＝ｉｋ＋ｊｑｋ    …式（９）
【数３】
2011055125.tif 000019
【数４】
2011055125.tif 000020
【数５】
2011055125.tif 000021
ただし、
ｕ（ｔ）      ：ＴＷＴＡの出力信号
ｓ（ｔ）      ：ＴＷＴＡへの入力信号
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕：ＴＷＴＡの利得（ゲイン）
ｇ（ｒ）      ：ＴＷＴＡのＡＭ／ＰＭ変換特性
ｆ（ｒ）      ：ＴＷＴＡのＡＭ／ＡＭ変換特性
ＡＭ          ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（振幅変調）
ＰＭ          ：Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（位相変調）
ｊ            ：√（−１）
αｘ          ：小信号利得
１／√βｘ    ：飽和入力振幅
αφ          ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
βφ          ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
Ｉｋ          ：入力信号のｋ番目のＩ成分
Ｑｋ          ：入力信号のｋ番目のＱ成分
Ｎ            ：データサンプリング数
ΓＩＢＯ        ：ＩＢＯ（ｄＢ）
ｉｋ          ：ＴＷＴＡへの入力複素振幅のＩ成分
ｑｋ          ：ＴＷＴＡへの入力複素振幅のＱ成分
Ａｍａｘ      ：飽和振幅最大値（ｄＢ）
【数６】
2011055125.tif 000022
【数７】
2011055125.tif 000023
とする。
【請求項３】
上記レプリカ信号は、上記第１局送信信号と上記第２局送信信号との間における電力密度の差を利用して、所望でない信号としての上記第２局送信信号を復調することで、当該第２局送信信号のレプリカとして生成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の信号補償装置。
【請求項４】
上記レプリカ信号は、上記第１局に送信された上記第２局送信信号が上記第２局に戻ってくるまでの間、上記第２局に保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号補償装置。
【請求項５】
第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号が、信号増幅器を含む中継局から上記第２局に送信される通信システムに用いられる信号補償方法であって、
入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成ステップを含むことを特徴とする信号補償方法。
【請求項６】
第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号が、信号増幅器を含む中継局から上記第２局に送信される通信システムに用いられる信号補償プログラムであって、
入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成ステップをコンピュータに実行させるための信号補償プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の信号補償プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
請求項１から４の何れか１項に記載の信号補償装置を備えた通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号を、信号増幅器を含む中継局からから受信し、当該重畳信号から、所望の信号としての第２局送信信号を得るための信号補償装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信の大容量化、通信速度の高速化に伴い衛星通信の用途が増加している。しかしながら、通信衛星に用いられる静止衛星は地球の赤道上を周回しておりその数は有限であるため、衛星通信における周波数の有効利用は極めて重要な課題である。
【０００３】
そこで、周波数利用効率を向上させるため、ＶＳＡＴ（Ｖｅｒｙ  Ｓｍａｌｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）システムや通常の対向型システムにおける伝送信号重畳方式が検討されている。
【０００４】
伝送信号重畳方式では、相手局が送信する信号（希望波）と、自局が送信する信号（不要波）を同一の周波数帯域で伝送するため、不要波は希望波にとって干渉となる。そこで、干渉波の再生と除去を行う干渉キャンセラが必要になる。そして、その干渉キャンセラとして、自局送信信号を自局から送信した後に、衛星を経由して自局に返ってくる当該信号（不要波）を復調することによって、その正確なレプリカ信号を生成し、そのレプリカ信号を重畳信号から減算（キャンセル）する方法が採用される（不要波復調方式）。
【０００５】
あるいは、他の伝送信号重畳方式として遅延検出方式も研究されている。遅延検出方式は、衛星１往復間の遅延時間を測定し、自局の送信信号をその遅延時間だけ遅延させることでレプリカ信号を生成し、重畳信号からレプリカ信号を減算するという方法である。
【０００６】
このような伝送信号重畳方式を開示する文献として、特許文献１、及び、非特許文献１〜６参照が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００７／１０２４１５号公報（国際公開日  平成19年9月13日）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M.Dankberg, Paired Carrier Multiple Access(PCMA) for Satellite Communications, The ViaSat Inc. Presentation MaterialURL:http://www.viasat.com/_files/?view=pcma.pdf
【非特許文献２】M.Ichikawa, T.Hara, M.Okada, H.Yamamoto and K.Andou "Fast and Accurate Canceller on Carrier Super-positioning for VSAT Frequency Reuse "IEEE-WCNC 2005, New Orleans, March, 2005.
【非特許文献３】Takao hara, Michihiro Ichikawa, Minoru Okada, and Heiichi Yamamoto, "Canceller Design for Carrier Super-positioning Frequency Re-use of VSATsatellite Communications", IEIEC Transaction Vol.J88-B,No.7, pp1300-1309,July,2005.
【非特許文献４】Noriaki ISHIDA, "Commom-band Satellite Communication System", IEIEC Transactions Vol.J82-B, No.8, pp1531-1537, Aug.1999
【非特許文献５】B.R.Ebert, The Satellite Communication Application Handbook,Artech House, 1997
【非特許文献６】奈良先端科学技術大学院大学、浦谷剛史、修士論文「衛星中継増幅器の非線形性が信号重畳方式の伝送特性に与える影響」、2008.2.7.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、非特許文献１〜５に記載の発明では以下の問題が生じる。
【００１０】
具体的には、実際の衛星伝送系における衛星には非線形増幅器が設けられており、この非線形増幅器によって衛星からの不要波には非線形歪みが加えられる。一方、干渉キャンセラでは、受信機で不要波のレプリカ信号が生成される仕組みになっており、そのレプリカ信号は、基本的には非線形歪みの影響を受けない。従って、不要波とレプリカ信号との間に差異が生じ、受信機での不要波キャンセル後の信号（希望波）に非線形歪みが残留することとなる。その結果、希望波に干渉雑音が加わり、その信号波形が本来の波形とは異なるものとなってしまうという問題が生じる。また、希望波と不要波の２信号が非線形増幅器に入力された場合、２信号間の相互変調歪、及び混変調により信号のＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）特性が大幅に劣化する可能性が懸念される。
【００１１】
この点、特許文献１、及び非特許文献１〜５の発明は何れも、衛星に搭載されている中継局の非線形増幅器による信号歪みの影響を何ら考慮していない。従って、特許文献１、及び非特許文献１〜５の発明では、特に、希望波と干渉波の２信号が非線形増幅器に入力された場合、２信号間の相互変調歪、及び混変調により信号特性が大幅に劣化する可能性が高く、伝送信号重畳方式の最適な運用がなされるとは考え難い。
【００１２】
一方、非特許文献６の発明は、非線形増幅器の非線形領域が干渉キャンセラの特性にどのような影響を与えるかを検討している。具体的には、入力バックオフ（ＩＢＯ（Ｉｎｐｕｔ  Ｂａｃｋ−ｏｆｆ））を取りＢＥＲの劣化と電力損失の総劣化量を示すことで、衛星中継局の適切な動作点を適宜選択し、干渉キャンセラが非線形系においても動作することを計算シミュレーションで明らかにしている。
【００１３】
なお、ＩＢＯとは、衛星中継局に搭載された進行波管増幅器（ＴＷＴＡ：Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｔｕｂｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下ＴＷＴＡ）等の非線形増幅器の出力が最大となる振幅を飽和出力振幅とし、そのときの入力振幅を飽和入力振幅とした場合、その飽和入力振幅を基準（０ｄＢ）として、そこからどれだけ振幅を抑えるかをデシベル表示したものである。
【００１４】
しかしながら、非特許文献６の発明は、ＩＢＯを十分に取り線形領域で非線形増幅器を動作させるため、ＩＢＯが大きいほど衛星から信号を出力する際の送信電力が低下してしまうという問題がある。これをバックオフによる電力損失といい、通常は衛星に搭載された中継局の電力をできるだけ効率よく使用するためには、ＩＢＯを取りすぎないようにする必要がある。つまり、ＩＢＯと電力損失とはトレードオフの関係にあるところ、非特許文献６の発明では、ＩＢＯの取りすぎによって電力損失の増加が想定され、それゆえ、衛星から信号を出力する際の送信電力が低下してしまうという問題が懸念される。つまり、非特許文献６の発明では、非線形増幅器による信号の非線形歪みが、伝送信号重畳方式の最適な運用を妨げてしまう危険性が極めて高い。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、中継局に搭載された非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化を補償する信号補償装置、信号補償方法、信号補償プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び、上記信号補償装置を備えた通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る信号補償装置は、上記の課題を解決するために、第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号が、信号増幅器を含む中継局から上記第２局に送信される通信システムに用いられる信号補償装置であって、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成手段を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る信号補償方法は、上記の課題を解決するために、第１局が送信した第１局送信信号と、この第１局送信信号とは異なる信号であって、第２局が送信した信号である第２局送信信号とが重畳された重畳信号が、信号増幅器を含む中継局から上記第２局に送信される通信システムに用いられる信号補償装置であって、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成ステップを含むことを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、補償レプリカ信号生成手段あるいは補償レプリカ信号生成ステップは、第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を非線形補償モデルに入力することにより、線形領域および非線形領域を含む信号増幅器の入出力特性を包含した補償レプリカ信号を生成することができる。それゆえ、上記入出力特性による非線形性歪みの影響が残留する、第１及び第２局送信信号が重畳されてなる重畳信号から上記補償レプリカ信号を減算（キャンセル）することにより、上記非線形歪みによる影響が相殺された、第１局が送信した第１局送信信号（希望波）を抽出することができる。つまり、信号増幅器の非線形性歪みによる影響を排除した本来の信号波形のままの第１局送信信号を抽出することができる。
【００１９】
このように、本発明に係る信号補償装置および信号補償方法では、補償レプリカ信号生成手段（ステップ）が、中継局の信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルにレプリカ信号を入力することにより補償レプリカ信号を生成するものである。従って、従来のように、線形領域で非線形増幅器を動作させることを目的として入力バックオフ（ＩＢＯ）を十分に取り、そのため中継局から信号を出力する際の送信電力が低下してしまうという問題を大幅に軽減することになり、中継局に搭載されている非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化を好適に補償することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る信号補償装置では、
上記信号増幅器は、ＴＷＴＡであって、
上記補償レプリカ信号生成手段は、以下の式（１）〜式（１２）に基づいて、上記レプリカ信号を入力ｓ（ｔ）として得られる出力ｕ（ｔ）を、上記補償レプリカ信号として生成することが好ましい。
【００２１】
ｕ（ｔ）＝ｓ（ｔ）×Ｇ〔ｓ（ｔ）〕    …式（１）
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕＝１／｜ｓ（ｔ）｜
×  ｇ（｜ｓ（ｔ）｜）×ｅｘｐ（ｊｆ（｜ｓ（ｔ）｜））    …式（２）
ｇ（γ）＝αｘ・γ／（１＋βｘ・γ２）    …式（３）
ｆ（γ）＝αφ・γ２／（１＋βφ・γ２）    …式（４）
【００２２】
【数１】
2011055125.tif 000003
【００２３】
【数２】
2011055125.tif 000004
【００２４】
ｉｋ＝α×Ｉｋ    …式（７）
ｑｋ＝α×Ｑｋ    …式（８）
ｓ＝ｉｋ＋ｊｑｋ    …式（９）
【００２５】
【数３】
2011055125.tif 000005
【００２６】
【数４】
2011055125.tif 000006
【００２７】
【数５】
2011055125.tif 000007
【００２８】
ただし、
ｕ（ｔ）      ：ＴＷＴＡの出力信号
ｓ（ｔ）      ：ＴＷＴＡへの入力信号
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕：ＴＷＴＡの利得（ゲイン）
ｇ（ｒ）      ：ＴＷＴＡのＡＭ／ＰＭ変換特性
ｆ（ｒ）      ：ＴＷＴＡのＡＭ／ＡＭ変換特性
ＡＭ          ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（振幅変調）
ＰＭ          ：Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（位相変調）
ｊ            ：√（−１）
αｘ          ：小信号利得
１／√βｘ    ：飽和入力振幅
αφ          ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
βφ          ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
Ｉｋ          ：入力信号のｋ番目のＩ成分
Ｑｋ          ：入力信号のｋ番目のＱ成分
Ｎ            ：データサンプリング数
ΓＩＢＯ        ：ＩＢＯ（ｄＢ）
ｉｋ          ：ＴＷＴＡへの入力複素振幅のＩ成分
ｑｋ          ：ＴＷＴＡへの入力複素振幅のＱ成分
Ａｍａｘ      ：飽和振幅最大値（ｄＢ）
【００２９】
【数６】
2011055125.tif 000008
【００３０】
【数７】
2011055125.tif 000009
【００３１】
とする。
【００３２】
上述したように、補償レプリカ信号生成手段（ステップ）は、非線形補償モデルにレプリカ信号を入力することで補償レプリカ信号を生成するものであるため、ソフトウェアによる演算処理によって補償レプリカ信号を生成することもできる。
【００３３】
そこで、上記式（１）〜式（１２）を用いることにより、上記補償レプリカ信号生成手段は、上記補償レプリカ信号のＩ成分およびＱ成分を出力ｕ（ｔ）として演算処理で生成することができる。
【００３４】
それゆえ、補償レプリカ信号生成手段（ステップ）は、より迅速かつ正確に所望の補償レプリカ信号を生成することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る信号補償装置では、上記レプリカ信号は、上記第１局送信信号と上記第２局送信信号との間における電力密度の差を利用して、所望でない信号としての上記第２局送信信号を復調することで、当該第２局送信信号のレプリカとして生成されたものであることが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係る信号補償装置では、上記レプリカ信号は、上記第１局に送信された上記第２局送信信号が上記第２局に戻ってくるまでの間、上記第２局に保持されていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る信号補償装置では、補償レプリカ信号生成手段は、自身に入力されたレプリカ信号を非線形補償モデルに入力することにより補償レプリカ信号を生成する。つまり、不要波復調方式および遅延検出方式の何れの方式においても、中継局となる衛星に搭載された信号増幅器の入出力特性を、非線形補償モデルとしてモデル化できるとともに、重畳信号からレプリカ信号をキャンセルして希望波を得る点において共通しているため、本発明に係る信号補償装置は、いわゆる不要波復調方式や遅延検出方式の何れにも適用可能である。
【００３８】
つまり、本発明に係る信号補償装置は、何れの伝送信号重畳方式にも組み込むことができるため、幅広い需要者のニーズに応えうる汎用性の高い装置と言える。
【００３９】
なお、前記信号補償装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記補償レプリカ信号生成手段として動作させることにより前記信号補償装置をコンピュータにて実現させる信号補償プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【００４０】
この場合、ソフトウェアによる演算処理によって補償レプリカ信号を生成することにより、ハード的に補償レプリカ信号を生成する構成に比べ、費用を抑えつつ、かつ、装置の小型化を実現することができる。
【００４１】
加えて、上記信号補償装置を備えた通信装置も本発明の範疇に入る。これにより、当該通信装置は、中継局に搭載されている非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化を好適に補償することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る信号補償装置は、以上のように、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成手段を備える構成である。
【００４３】
また、本発明に係る信号補償方法は、以上のように、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成ステップを含む構成である。
【００４４】
また、本発明に係る信号補償プログラムは、以上のように、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む上記信号増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルに、上記第２局送信信号のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する補償レプリカ信号生成ステップをコンピュータに実行させる構成である。
【００４５】
それゆえ、中継局に搭載されている非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化を補償する信号補償装置、信号補償方法、信号補償プログラムを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の信号補償装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】周波数再利用が可能なＰ−Ｐシステムを説明するための図である。
【図３】周波数再利用が可能なＰ−ＭＰシステムを説明するための図である。
【図４】遅延検出方式におけるレプリカ信号生成方法を説明するための図である。
【図５】不要波復調方式におけるレプリカ信号生成方法を説明するための図である。
【図６】入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む増幅器の入出力特性を概略的に示す図である。
【図７】重畳されたＯＢ信号とＩＢ信号がＴＷＴＡに入力され、ＯＢ信号がＴＷＴＡによる信号の非線形歪みの影響を受けた様子を示す図である。
【図８】ＴＷＴＡにおけるＡＭ／ＰＭ変換特性およびＡＭ／ＡＭ変換特性を示すグラフである。
【図９】線形領域における、出力された電力スペクトルによる特性評価のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】非線形領域における、出力された電力スペクトルによる特性評価のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】ハードウェアによる試験結果を示す図である。
【図１２】シミュレーションによる、入力信号および出力信号のスペクトルを示す図である。
【図１３】ＩＢＯ＝２ｄＢの場合における、信号キャンセル後のＩＢ信号の誤り率特性を示す図である。
【図１４】ＩＢＯ＝１０ｄＢの場合における、信号キャンセル後のＩＢ信号の誤り率特性を示す図である。
【図１５】誤り率１０−４においてＩＢＯを変化させた時のＢＥＲ特性の劣化量を示す図である。
【図１６】８ＰＳＫ方式の信号点配置の例を示す図である。
【図１７】１６ＱＡＭ方式の信号点配置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本実施の形態に係る信号補償装置、及び当該信号補償装置を備えた通信装置の一実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、以下では本発明をＶＳＡＴネットワークに適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。
【００４８】
〔１．ＶＳＡＴ型信号重畳方式の基本概要〕
図２、図３は、周波数再利用が可能とされる代表的な２つの衛星通信システムを示す。なお、各図に示される２つの衛星通信システムはそれぞれ、相手局が送信する信号（希望波）と、自局が送信する信号（不要波）を同一の周波数帯域で伝送するため、不要波は希望波にとって干渉となり、干渉波の再生と除去を行う干渉キャンセラが必要になる。以下、各図について説明する。
【００４９】
図２は、Ｐ−Ｐ（Ｐｏｉｎｔ  ｔｏ  Ｐｏｉｎｔ）システムを示す。Ｐ−Ｐシステムは、同一サイズのアンテナを使用する局Ａ（第２局）、局Ｂ（第１局）から同一の信号レベルで送信された２つの信号を同一の周波数帯域に重畳して伝送を行うシステムである。このＰ−Ｐシステムでは、衛星１往復分の時間だけ自局の送信信号（第２局送信信号）を自局内で遅延させることでレプリカ信号を作成し、そのレプリカ信号を重畳信号から減算（キャンセル）することにより干渉キャンセラ処理を行う。この場合、衛星１往復分の遅延を正確に計測する必要があり、また両局で不要波をキャンセルする必要がある。なお、上記方法による不要波のキャンセルを遅延検出方式と称する。
【００５０】
図３は、Ｐ−ＭＰ（Ｐｏｉｎｔ  ｔｏ  Ｍｕｌｔｉ  Ｐｏｉｎｔ）システムを示す。このシステムは、ＶＳＡＴシステムとも称されており、アンテナ口径の大きいハブ局Ａ（Ｈｕｂ  Ｓｔａｔｉｏｎ）（第２局）と、多数の超小型地球局Ｂ（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）（第１局）から構成される。なお、以下の説明では、ハブ局の側から見て、希望波のことをＩＢ信号（Ｉｎｂｏｕｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ）（第１局送信信号）、不要波のことをＯＢ信号（Ｏｕｔｂｏｕｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ）（第２局送信信号）と称する。
【００５１】
ハブ局Ａからリモート局へ送信されるＯＢ信号のキャリアは広帯域で、一般的に狭帯域のＩＢ信号のキャリアよりも信号電力密度が高い。これは、ハブ局とリモート局の間に受信性能（地球局のアンテナ密度の良さを表す値Ｇ／Ｔ：Ｇａｉｎ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｒａｔｉｏ）の差が存在するため、互いに必要な送信信号電力が異なるためである。よって、信号を重畳した場合、互いの受信信号電力を比べると、ＯＢ信号がＩＢ信号より大きくなる。
【００５２】
このような理由から、リモート局では、同じ帯域内に不要波であるＩＢ信号が存在しても、それらを除去することなく希望波であるＯＢ信号を復調できる。これにより、ＶＳＡＴシステムでは、多数のリモート局のシステムを変更する必要はない。これに対して、ハブ局では、希望波であるＩＢ信号に対して電力の大きな信号は干渉となるため、ＩＢ信号を復調するためにはＯＢ信号のレプリカを生成し、ＯＢ信号をキャンセルする必要がある。そして、上記方法による不要波のキャンセル方式を不要波復調方式と称する。
【００５３】
〔２．レプリカ信号生成方法（遅延検出方式）〕
次に、Ｐ−Ｐシステムにおけるレプリカ信号生成方法を図４を参照して説明する。図４は、遅延検出方式におけるレプリカ信号生成方法を説明するための図である。
【００５４】
同図では、Ａ局が送信する信号（不要波）が破線で、Ｂ局が送信する信号（希望波）が実線で示される。なお、Ａ局およびＢ局は同一サイズのアンテナを使用しているため、不要波および希望波は同一の信号レベルと考えてよい。
【００５５】
同図に示すように、遅延検出方式におけるレプリカ信号生成方法にはパス１及びパス２が存在する。パス１では、不要波および希望波が重畳した重畳信号が伝送され、パス２では、不要波のレプリカ信号が生成・伝送される。なお、レプリカ信号の生成は、衛星１往復分の時間（τ）だけＡ局の送信信号（不要波）をＡ局内で遅延させ、その遅延した不要波をレプリカ信号として生成するというものである。そして、干渉キャンセラにおいて、重畳信号からレプリカ信号が減算（キャンセル）され、そのキャンセルされた信号が希望波として外部に出力される。
【００５６】
このようにして希望波が取得されるため、遅延検出方式では、衛星１往復分の遅延を正確に、継続的に計測する必要があり、また両局で不要波をキャンセルすることになる。
【００５７】
〔３．レプリカ信号生成方法（不要波復調方式）〕
次に、Ｐ−ＭＰシステムにおけるレプリカ信号生成方法を図５を参照して説明する。図５は、不要波復調方式におけるレプリカ信号生成方法を説明するための図である。
【００５８】
上述したように、ＶＳＡＴシステムにおいては、リモート局は、同じ帯域内に不要波であるＩＢ信号が存在しても、それらを除去することなく希望波であるＯＢ信号を復調できる。これにより、ＶＳＡＴシステムでは、多数のリモート局のシステムを変更する必要はない。これに対して、ハブ局では、希望波であるＩＢ信号に対して電力の大きな信号は干渉となるため、ＩＢ信号を復調するためにはＯＢ信号のレプリカを生成し、ＩＢ信号とＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号をキャンセルする必要がある。
【００５９】
そこで、図５に示すように、不要波復調方式では、パス１においてＩＢ信号とＯＢ信号の重畳信号を伝送し、パス２では復調部においてＯＢ信号のレプリカを生成する。そして、干渉キャンセラにおいて、重畳信号からレプリカ信号が減算（キャンセル）され、そのキャンセルされた信号が希望波として出力される。そして、上記減算は、レプリカ信号の生成に必要な時間だけ遅延して、重畳信号からレプリカ信号を減算し、これによりレプリカ信号が復調されるために生じる固定遅延による影響を抑えている。
【００６０】
このようにして希望波が取得されるため、不要波復調方式は、シンプルであり、かつ、ＶＳＡＴシステムに好適に用いることができる。ただし、生成するレプリカ信号の正確性は、不要波を復調する際の誤り率特性に影響を受ける。
【００６１】
〔４．衛星中継増幅器〕
衛星通信では、衛星（中継局）に搭載されている中継増幅器（信号増幅器）において多数の信号が共通増幅され、理想的な線形増幅器では、個々の出力信号の振幅や位相は共通増幅される他の信号の影響を受けることは無い。
【００６２】
しかしながら、衛星に搭載されている固体増幅器（ＳＳＰＡ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｕｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）などの高出力増幅器（ＨＰＡ：Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では、入力される信号電力が小さい間は線形動作をするが、信号電力が大きくなると非線形増幅の影響が現れる。特に、伝送信号重畳方式では、同一の周波数帯域で複数の信号を送受信するため、非線形増幅の影響が大きくなる。
【００６３】
図６は、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む増幅器の入出力特性を概略的に示す図である。
【００６４】
同図に示すように、衛星に搭載されるＳＳＰＡまたはＴＷＴＡ等の非線形増幅器は、線形領域および非線形領域を含む入出力特性を有し、線形領域では、入力レベルと出力レベルは線形性を維持しているものの、非線形領域では、入力レベルと出力レベルは線形性を失っており、出力信号が歪んで出力されてしまう。従って、伝送信号重畳方式の最適な運用という観点において、衛星中継増幅器の非線形性が通信システムの伝送特性に与える影響を排除する必要がある。
【００６５】
次に説明する本実施形態に係る信号補償装置８は、上記問題点を解決することを目的とするものである。なお、以下では、信号補償装置８は、ＶＳＡＴシステムに適用されるものとして説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。詳細は後述するが、信号補償装置８は、生成されたＯＢ信号のレプリカ信号に対して所定の処理を加えるものであるため、レプリカ信号を生成する伝送信号重畳方式であれば、何れの方式に対しても適用が可能である。従って、信号補償装置８は、〔２．レプリカ信号生成方法（遅延検出方式）〕で説明したＰ−Ｐシステムにも適用することができる。
【００６６】
〔５．信号補償装置８を備えた通信装置１の詳細〕
本実施形態に係る信号補償装置８が用いられる通信装置１について、図１等を参照して説明する。
【００６７】
図１は、本発明の信号補償装置８を備えた通信装置１の構成を示すブロック図である。通信装置１は、ＶＳＡＴシステムにおいて、ハブ局側に設けられるものである。すなわち、通信装置１は、同図に示すように、信号受信部２と、位相回転器３と、第１復調部４と、２値化部５と、変調器６と、フィルタ７と、信号補償装置８と、自動増幅回路９と、相関算出部１０と、信号遅延部１１と、信号キャンセル部１２と、第２復調部１３と、を備えている。
【００６８】
信号受信部２は、衛星からＯＢ（アウトバウンド）信号とＩＢ（インバウンド）信号とが重畳された重畳信号（図３参照）を受信するものである。そして、信号受信部２は、衛星から受信した信号をＱＰＳＫのＩ／Ｑ信号に変換後、そのＩ／Ｑ信号を位相回転器３に出力する。
【００６９】
位相回転器３は、Ｉ／Ｑ信号のキャリア位相同期を取るために入力信号の位相を回転させる。そして、位相回転器３は、位相回転を施したＩ／Ｑ信号を、パス１を経由して信号遅延部１１に出力する一方で、パス２を経由して第１復調部４に出力する。
【００７０】
第１復調部４は、位相回転器３から出力されるアウトバウンド信号とインバウンド信号との間の電力密度の差Δを利用して、所望でないアウトバウンド信号を復調する。さらに、第１復調部４は、その内部に含む図示しないＱＰＳＫＤｅｍａｐブロックにより受信信号とその判定点の位相差を位相回転器３にフィードバックする。位相回転器３は、そのフィードバックを受けてＩ／Ｑ信号の位相制御を行う。
【００７１】
なお、電力密度差Δを利用したアウトバウンド信号の復調は従来方法に従えばよく、ここでの詳細説明は省略する。
【００７２】
２値化部５は、第１復調部４により復調されたアウトバウンド信号を、Ｉ信号およびＱ信号からなるパルス列に変換するものである。
【００７３】
変調器６は、Ｉ信号およびＱ信号からなるパルス列を、第１復調部４から出力されるキャリア列を用いて変調するものである。そして、変調されたキャリア列をフィルタ７に通すことで、衛星に搭載された非線形増幅器による信号の非線形歪みの影響を受ける前のアウトバウンド信号のレプリカ信号を再生する。
【００７４】
信号補償装置８は、補償レプリカ信号生成手段８ａを含む。補償レプリカ信号生成手段８ａは、Ｉ成分取得部８ｂ、Ｑ成分取得部８ｃ、及び非線形補償モデル演算部８ｄを含む。Ｉ成分取得部８ｂは、アウトバウンド信号のレプリカ信号のＩ成分をフィルタ７から取得する。Ｑ成分取得部８ｃは、そのレプリカ信号のＱ成分をフィルタ７から取得する。
【００７５】
非線形補償モデル演算部８ｄは、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含む非線形増幅器の入出力特性を示す非線形補償モデルを有する。そして、非線形補償モデル演算部８ｄは、Ｉ成分取得部８ｂおよびＱ成分取得部８ｃから取得した上記レプリカ信号のＩ成分及びＱ成分を上記非線形補償モデルに入力し、後述の演算を行うことにより、Ｉ成分及びＱ成分で示される補償レプリカ信号を生成する。なお、その補償レプリカ信号は、線形領域および非線形領域を含む非線形増幅器の入出力特性をレプリカ信号に包含させた信号である。
【００７６】
次に、非線形補償モデル演算部８ｄは、その補償レプリカ信号を自動増幅回路９および相関算出部１０に出力する。なお、線形領域および非線形領域を含む信号増幅器の入出力特性、非線形補償モデルの詳細、及び補償レプリカ信号の生成については後ほど詳述する。
【００７７】
自動増幅回路９は、信号補償装置８と信号キャンセル部１２との間に設けられるものであり、不要波信号を含む衛星からの受信信号および生成されたレプリカ信号を同期し、両信号の振幅を同程度とするものである。信号キャンセル部１２における信号キャンセル後の出力において、生成されたレプリカ信号と不要波との間の電力差が復調する希望波の干渉となるため、そのような事態を未然に防止することを目的として自動増幅回路９が設けられる。
【００７８】
相関算出部１０は、信号キャンセル部１２の出力である残留信号とレプリカ信号との相関を算出するものである。自動増幅回路９で用いられる振幅制御信号は、相関算出部１０で算出された相関に基づいて求められる。
【００７９】
信号遅延部１１は、パス２においてレプリカ信号を生成している時間だけ、パス１経由で位相回転器３から出力される信号を遅延させるものである。パス２においてレプリカ信号を生成するのに必要な時間（τ）は、常に一定であり、通常、１０シンボルから最大でも数１０シンボル期間となる。
【００８０】
信号キャンセル部１２は、信号遅延部１１により遅延された信号から、自動増幅回路９が出力した補償レプリカ信号を減算（キャンセル）するものである。信号キャンセル部１２は、キャンセル後の信号を相関算出部１０に出力すると共に、第２復調部１３にも出力する。なお、信号キャンセル部１２におけるキャンセル処理は従来方法に従えばよく、ここでの詳細説明は省略する。
【００８１】
第２復調部１３は、信号キャンセル部１２でキャンセル処理された後の信号を復調することで、所望の信号であるインバウンド信号を得る。
【００８２】
〔６．非線形補償モデル（ＴＷＴＡモデル）〕
衛星通信では、衛星に搭載されている中継増幅器において複数の信号が共通増幅され、その増幅器として固体増幅器（ＳＳＰＡ）や進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）などの高出力増幅器（ＨＰＡ）が使用される。なお、一般的には、ＳＳＰＡが地上の移動通信に使用され、ＴＷＴＡが衛星に搭載されるケースが多い。これは、ＴＷＴＡの方がＳＳＰＡよりも高い出力を得られるためである。
【００８３】
そこで、本実施形態では、衛星に搭載されている増幅器がＴＷＴＡである場合を念頭に、信号補償装置８において補償レプリカ信号を生成する方法を提案する。従って、信号補償装置８は、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルに、ＯＢ信号（不要波）のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する、と考えてよい。そこで、以下では、線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性、ＴＷＴＡに係る非線形補償モデル、その非線形補償モデルにＯＢ信号のレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成する方法、そして当該方法によって得られる効果を順次説明する。
【００８４】
なお、本願発明はＴＷＴＡに限定されるものではなく、ＳＳＰＡにおいても同様に、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＳＳＰＡの入出力特性を示す非線形補償モデルに、ＯＢ信号（不要波）のレプリカであるレプリカ信号を入力して補償レプリカ信号を生成することも可能である。
【００８５】
〔６−１．ＴＷＴＡモデル〕
最初に、重畳されたＯＢ信号およびＩＢ信号がＴＷＴＡに入力され、ＯＢ信号がＴＷＴＡによる信号の非線形歪みの影響を受けた様子を図７に示す。なお、図７では、横軸は入力信号のＩ成分を、縦軸は入力信号のＱ成分を表しており、ＯＢ信号およびＩＢ信号を複素表現している。
【００８６】
同図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ＴＷＴＡに入力されるＯＢ信号、ＩＢ信号、そしてそれらを合成した信号（ＩＢ信号＋ＯＢ信号）の信号ベクトルを示す。（ｄ）は、ＴＷＴＡによる信号の非線形歪みを受けたＩＢ信号及びＯＢ信号の合成信号であるＴＷＴＡの出力ベクトルを示す。なお、合成信号（ｃ）が受ける非線形歪みによる影響は、ハブ局が送信したＯＢ信号にのみ及ぶ。
【００８７】
これから説明するＴＷＴＡモデルは、図７（ｄ）で示されるＴＷＴＡによる非線形歪みの影響を受けたＯＢ信号のレプリカ信号に当該非線形歪みを包含させた補償レプリカ信号を生成するというものである。
【００８８】
そこで、まずＴＷＴＡの入出力特性を説明し、続いてＴＷＴＡに係る非線形補償モデルについて説明する。この非線形補償モデルではＴＷＴＡへの入力信号を複素関数ｓ（ｔ）で表現する。このとき、レプリカ信号を入力ｓ（ｔ）として得られる出力ｕ（ｔ）を、上記補償レプリカ信号として生成する式は、以下の式（１）で表される。
【００８９】
ｕ（ｔ）＝ｓ（ｔ）×Ｇ〔ｓ（ｔ）〕    …式（１）
ここで、
ｕ（ｔ）      ：ＴＷＴＡの出力信号
ｓ（ｔ）      ：ＴＷＴＡへの入力信号
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕：ＴＷＴＡの利得（ゲイン）
とする。
さらに、ＴＷＴＡのゲインであるＧ〔ｓ（ｔ）〕は以下の式（２）で表される。
【００９０】
Ｇ〔ｓ（ｔ）〕＝１／｜ｓ（ｔ）｜
×  ｇ（｜ｓ（ｔ）｜）×ｅｘｐ（ｊｆ（｜ｓ（ｔ）｜））    …式（２）
ここで、
ｇ（ｒ）：ＴＷＴＡのＡＭ／ＰＭ変換特性
ｆ（ｒ）：ＴＷＴＡのＡＭ／ＡＭ変換特性
ＡＭ    ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（振幅変調）
ＰＭ    ：Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（位相変調）
ｊ      ：√（−１）
とする。
【００９１】
そして、ＴＷＴＡでは、ｇ（γ）は式（３）で、ｆ（γ）は式（４）で、それぞれ表される。
【００９２】
ｇ（γ）＝αｘ・γ／（１＋βｘ・γ２）    …式（３）
ｆ（γ）＝αφ・γ２／（１＋βφ・γ２）    …式（４）
ここで、
αｘ      ：小信号利得
１／√βｘ：飽和入力振幅
αφ      ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
βφ      ：ＡＭ／ＰＭ変換特性を決めるパラメータ
とする。
【００９３】
ここで、図８は、ＴＷＴＡにおけるＡＭ／ＰＭ変換特性およびＡＭ／ＡＭ変換特性を示すグラフである。また、表１は、式（３）、式（４）で使用される、ＴＷＴＡの特性を決めるパラメータの値を示す。なお、表１の各パラメータは、ＴＷＴＡに好適とされる代表的な数値であり、これらのパラメータを式（３）、式（４）に挿入した場合に、式（３）のｇ（γ）は図８のＡＭ／ＡＭ変換特性を、式（４）のｆ（γ）は同図のＡＭ／ＰＭ変換特性を好適に表すことが知られている。
【００９４】
【表１】
2011055125.tif 000010
【００９５】
また、飽和出力振幅をＴＷＴＡの出力が最大となるところとした場合に、そのときの入力振幅を飽和入力振幅（１／√βｘ）とする。さらに、入力バックオフ（ＩＢＯ：Ｉｎｐｕｔ  Ｂａｃｋ−ｏｆｆ）、出力バックオフ（ＯＢＯ：Ｏｕｔｐｕｔ  Ｂａｃｋ−ｏｆｆ）は、飽和入力振幅、飽和出力振幅を基準（０ｄＢ）として、そこからどれだけ振幅を抑えるかをデシベル表示したものと定義する。
【００９６】
例えば、図８では、飽和入力基準は出力振幅が最大になるときの入力振幅である２ｄＢとなる。これをＩＢＯの基準として、入力振幅を１／２にする（入力電力を６ｄＢ下げる）と、出力振幅は０．８、すなわち、ＯＢＯの基準である出力振幅１．０の４／５となる。つまり、出力電力が２ｄＢ下がったことになり、このときのＩＢＯ、ＯＢＯはそれぞれ６ｄＢ、２ｄＢとなる。
【００９７】
続いて、入力信号のｋ番目のＩ成分及びＱ成分をそれぞれＩｋおよびＱｋとして、入力信号の平均電力を以下の式（５）で算出する。
【００９８】
【数１】
2011055125.tif 000011
【００９９】
ここで、
Ｎ：データサンプリング数
とする。
【０１００】
次に、以下の式（６）で入力電力補正係数αを算出する。
【０１０１】
【数２】
2011055125.tif 000012
【０１０２】
ここで、
ΓＩＢＯ：ＩＢＯ（ｄＢ）
とする。
すると、式（１）、及び式（２）でモデル化される非線形増幅器ＴＷＴＡへの入力複素振幅のＩ成分およびＱ成分は、以下の式（７）、式（８）で与えられる。
【０１０３】
ｉｋ＝α×Ｉｋ    …式（７）
ｑｋ＝α×Ｑｋ    …式（８）
そして、式（１）、式（２）において、
ｓ＝ｉｋ＋ｊｑｋ    …式（９）
として、非線形補償モデルの出力値の計算を行う。
従って、出力値ｕは、以下の式（１０）で得られる。
【０１０４】
【数３】
2011055125.tif 000013
【０１０５】
得られた出力値ｕはさらに、飽和振幅最大値Ａｍａｘと乗算されて出力される。従って、出力信号のＩ成分及びＱ成分は、以下の式（１１）、式（１２）で表される。
【０１０６】
【数４】
2011055125.tif 000014
【０１０７】
【数５】
2011055125.tif 000015
【０１０８】
このようにして、式（１）〜式（１２）に基づいて出力信号のＩ成分及びＱ成分が算出される。つまり、式（１）〜式（１２）に基づいて、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルを実現することができる。
【０１０９】
これを図１のブロック図に当てはめて考えてみると、信号補償装置８を構成するＩ成分取得部８ｂ及びＱ成分取得部８ｃが、アウトバウンド信号のレプリカ信号に係るＩ成分およびＱ成分をフィルタ７から取得する。このレプリカ信号のＩ成分およびＱ成分が非線形補償モデルへの入力信号（ｓ（ｔ））となる。そして、非線形補償モデル演算部８ｄは、入力信号ｓ（ｔ）を入力として、式（１）〜式（１２）で示される非線形補償モデルにおいて演算を行い、最終的にＩ成分及びＱ成分で示される補償レプリカ信号を生成する（式（１１）、式（１２））。このようにして、式（１）〜式（１２）により補償レプリカ信号が生成され、その補償レプリカ信号に線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性が包含される。
【０１１０】
〔６−２．シミュレーションおよび実証試験による試験結果〕
ＴＷＴＡの線形領域および非線形領域における干渉キャンセラの特性劣化の補償について、コンピュータ・シュミレーション、及び、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）に基づくハードウェア・プロトタイプによるラボテストを行った。なお、ＩＢ信号に対するＯＢ信号の電力密度比は１３ｄＢで設定した。
【０１１１】
図９は、線形領域における、出力された電力スペクトルによる特性評価のシミュレーション結果を示すものであり、受信信号（５ＭＨｚのＯＢ信号および１ＭＨｚのＩＢ信号を含む）の電力スペクトルと抽出したＩＢ信号とが示されている。また、図１０は、非線形領域における、出力された電力スペクトルによる特性評価のシミュレーション結果を示すものであり、ＩＢＯが０ｄＢの場合の非線形領域についてのシミュレーション結果が示されている。
【０１１２】
図９と図１０とを比較して分かるように、ＩＢ信号（希望波）は、線形領域の方が非線形領域よりも確実に抽出される。非線形領域では、残留ＯＢ信号（干渉波）とＩＢ信号の電力密度比（Ｄ／Ｕ）が１０ｄＢ以下と小さくなっていることがわかる。
【０１１３】
図１１は、上記シミュレーションと同様の条件で行ったハードウェアによる試験結果を示す図であり、受信信号（ＯＢ信号＋ＩＢ信号）及び抽出ＩＢ信号が示されている。結果として、ハードウェアによる試験結果は、シミュレーションによる試験結果に劣るものであった。つまり、ハードウェアによる試験ではＩＢ信号を十分に抽出することができなかった。抽出されたＩＢ信号のＤ／Ｕが僅か６〜７ｄＢであった。これは、実験では非線形の影響がより強く出たためと考えられる。
【０１１４】
〔６−３．シミュレーションによるキャンセラの動作検証〕
次に、シミュレーションによるキャンセラの動作検証を説明する。なお、シミュレーションでは、ＯＢ信号をＱＰＳＫ信号、ＩＢ信号をＤＱＰＳＫ信号とし、ＩＢ信号に対するＯＢ信号の電力密度比を１３ｄＢに設定した。その他のシミュレーション緒元は表２に記載する通りである。
【０１１５】
【表２】
2011055125.tif 000016
【０１１６】
最初に、信号キャンセル後のＩＢ信号の特性劣化に対する補償の効果を説明する。図１２は、シミュレーションによる、キャンセラへの入力信号（ＩＢ信号＋ＯＢ信号）とキャンセラからの出力信号（ＩＢ信号）のスペクトルを示す図である。なお、ＴＷＴＡの動作点は飽和入力基準であり（ＩＢＯ＝０ｄＢ）、ＩＢ信号に対するＯＢ信号の電力密度比は１３ｄＢで設定している。さらに、出力信号は、補償の有無による２通りのシミュレーションを行った。
【０１１７】
同図に示すように、補償の有無で比較した場合、ＩＢ信号およびＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号に係る補償レプリカ信号をキャンセルすることで、ＩＢ信号の信号劣化が約１０ｄＢ、すなわち約９０％抑制される。このことは、上記キャンセルによるＩＢ信号の特性劣化の抑制効果が極めて高いことを示すものである。
【０１１８】
次に、信号キャンセル後のＩＢ信号の誤り率特性を説明する。図１３は、ＩＢＯ＝２ｄＢの場合における、信号キャンセル後のＩＢ信号の誤り率特性を示す図である。図１４は、ＩＢＯ＝１０ｄＢの場合における、信号キャンセル後のＩＢ信号の誤り率特性を示す図である。
【０１１９】
図１３から分かるように、ＩＢＯ＝２ｄＢの場合、「補償あり」は「補償なし」よりもＩＢ信号の誤り率特性が低い数値を示している。つまり、ＩＢ信号およびＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号に係る補償レプリカ信号をキャンセルすることにより、ＩＢ信号の誤り率特性を低減することが立証された。
【０１２０】
一方、図１４から分かるように、ＩＢＯ＝１０ｄＢの場合、「補償あり」と「補償なし」とではＩＢ信号の誤り率特性に明確な差異がなく、ＩＢ信号およびＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号に係る補償レプリカ信号をキャンセルすることによる有意な効果は認められなかった。これは、ＩＢＯ＝１０ｄＢとすることにより、入力信号に対する出力信号の入出力特性が非線形領域から線形領域に近づき、信号劣化の程度が低くなることによる。
【０１２１】
続いて、図１５は、誤り率１０−４においてＩＢＯを変化させた時のＢＥＲ特性の劣化量を示す図である。なお、ここでいう劣化量とは、図１３・図１４を参照して説明した「理想値」からの劣化量をｄＢ表示したものである。
【０１２２】
同図に示すように、ＩＢ信号およびＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号に係る補償レプリカ信号をキャンセルすることにより、キャンセル処理後の出力信号（ＩＢ信号）のＢＥＲ特性の劣化量が大幅に抑えられることが分かる。なお、本シミュレーションは、実際の衛星中継局で使用されるＴＷＴＡの非線形特性と同条件でキャンセル処理を行うものである。それゆえ、ＴＷＴＡの非線形領域における特性劣化を抑制するために、レプリカ信号を上記非線形補償モデルに入力して補償レプリカ信号を生成し、ＩＢ信号およびＯＢ信号の重畳信号からＯＢ信号に係る当該補償レプリカ信号をキャンセルするという本実施形態に係る信号補償方法は、極めて有効に希望波（ＩＢ信号）の信号劣化を低減可能であることを立証できた。
【０１２３】
このように、補償レプリカ信号生成手段８ａは、衛星に搭載されたＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルにレプリカ信号を入力することにより補償レプリカ信号を生成するものである。従って、従来のように、線形領域で動作させることを目的として入力バックオフ（ＩＢＯ）を十分に取り、そのため衛星から信号を出力する際の送信電力が低下してしまうという問題を大幅に軽減することができる。
【０１２４】
加えて、補償レプリカ信号生成手段８ａは、非線形補償モデルにレプリカ信号を入力することで補償レプリカ信号を生成するものであり、必ずしも増幅器（アンプ）等のハードウェアを使用する必要がなく、ソフトウェアによる演算処理によって補償レプリカ信号を生成する構成も可能である。従って、ソフト的に補償レプリカ信号を生成することにより、ハードウェアにかかる費用を抑えつつ、通信装置１の小型化を同時に実現することができる。
【０１２５】
さらに、本実施形態で提案する信号補償方法は、不要波復調方式および遅延検出方式の何れにも適用することができる。これは、補償レプリカ信号生成手段８ａが、アウトバウンド信号のレプリカ信号をフィルタ７から取得して、そのレプリカ信号を、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルに入力することで補償レプリカ信号を生成するという方法を採るためである。
【０１２６】
従って、上記説明した不要波復調方式とは異なる遅延検出方式に本実施形態に係る信号補償方法を適用する場合には、図４のパス２において、信号補償装置８を干渉キャンセラの直前に設ける構成とすればよい。これにより、（図示しない）補償レプリカ信号生成手段８ａが、不要波（Ａ局の送信信号）のレプリカ信号を取得して、そのレプリカ信号を、入力信号に対する出力信号の入出力特性が線形領域および非線形領域を含むＴＷＴＡの入出力特性を示す非線形補償モデルに入力することで補償レプリカ信号を生成することができる。そして、干渉キャンセラが重畳信号から補償レプリカ信号を減算することにより希望波が抽出される。
【０１２７】
このように、本実施形態に係る信号補償方法は、不要波復調方式および遅延検出方式の両方の方式において、非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化を好適に補償することができる。それゆえ、本実施形態に係る信号補償方法は、不要波復調方式が採用されるＰ−ＭＰシステム、及び、遅延検出方式が採用されるＰ−Ｐシステムの両方の信号重畳方式において好適に適用することができる。
【０１２８】
なお、Ｐ−Ｐシステムは、同一サイズのアンテナを使用する局Ａ、局Ｂから同一の信号レベルで送信された２つの信号を同一の周波数帯域に重畳して伝送を行うシステムである。それゆえ、Ｐ−Ｐシステムでは、本実施形態に係る信号補償装置８を局Ａ、局Ｂの両方に設けることが好ましい。
【０１２９】
このように、本実施形態に係る信号補償方法は、Ｐ−ＭＰシステム及びＰ−Ｐシステムの何れの伝送信号重畳方式にも組み込むことができるため、幅広い需要者のニーズに応えることができる。
【０１３０】
加えて、本実施形態で提案する信号補償方法は、信号の変調方式が多値変調であるか否かに関係なく適用することができる。このことを、図１６、図１７を参照して説明する。なお、図１６は、８ＰＳＫ方式の信号点配置の例を示す図であり、図１７は、１６ＱＡＭ方式の信号点配置の例を示す図である。
【０１３１】
一般的に、移動体通信システム等のようなデジタル無線通信システムにおいて、データは、所望の通信品質（例えば、受信機側で所定値以下の誤り率）を得られるような変調方式により伝送される。そして、そのような変調方式のうち、変調単位である１シンボルで複数ビットを伝送する方式として多値変調方式がある。多値変調方式は、変調単位である１シンボルで複数ビットの情報を伝送するものであり、１シンボルで２ビットの情報を伝送するものをＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒｉ−Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式、１シンボルで３ビットの情報を伝送するものを８ＰＳＫ方式、１シンボルで４ビットの情報を伝送する１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）という。
【０１３２】
そして、図１６、図１７に示すように、変調信号が多値変調になるにつれ信号点の間隔（距離）が小さくなる。そのため、衛星に搭載された非線形増幅器による非線形歪みの影響は、変調信号が多値変調になるほど大きくなる。つまり、ＱＰＳＫ方式よりも８ＰＳＫ方式が、８ＰＳＫ方式よりも１６ＱＡＭ方式が非線形歪みの影響を大きく受ける。従って、非線形増幅器によって生じる受信信号の特性劣化も多値変調になるほど大きくなる。
【０１３３】
この点、本実施形態で提案する信号補償方法は、実際の衛星中継局で使用されるＴＷＴＡの非線形特性と同じ特性を希望波のレプリカ信号に与えるものであり、しかも、演算処理によって補償レプリカ信号をＩ成分およびＱ成分で表現するものである。従って、本実施形態に係る信号補償方法は、Ｉ成分及びＱ成分で表現されるＱＰＳＫ方式、８ＰＳＫ方式、１６ＱＡＭ方式等の何れの多値変調方式に対しても、非線形増幅器による非線形歪みの影響を排除しつつ、好適に適用することができる。
【０１３４】
これに対して、上述した非特許文献６の発明は、ＩＢＯを十分に取り、線形領域で非線形増幅器を動作させ、それにより干渉キャンセラを非線形系において動作させるというものである。つまり、非特許文献６の発明は、多値変調になるほど非線形増幅器による非線形歪みの影響が大きくなるという問題を考慮することなく、また、信号の変調方式を考慮することなく、一律にＩＢＯを取ることにより非線形増幅器による非線形歪みの影響を排除するものである。従って、非特許文献６の発明は、信号の変調方式が多値変調方式の場合に、その多値変調方式ごとに異なる非線形増幅器による非線形歪みの影響を確実に排除できるとは言い難い。
【０１３５】
このような理由から、本実施形態で提案する信号補償方法は、従来発明である非特許文献６の発明が抱える課題を解決できるものであって、信号の変調方式が多値変調方式であるか否かに関係なく適用することができるという顕著な効果を有する。
【０１３６】
なお、本実施の形態では、主として衛星に搭載されている中継局の非線形増幅器（ＴＷＴＡ）による信号歪みの影響を説明した。しかしながら、本発明は、地上の基地局を介して行われる通信システムにおいて使用される非線形増幅器に対しても適用可能であり、その用途は、通信衛星に限定されるものではない。
【０１３７】
最後に、通信装置１の各ブロック、特に、信号補償装置８は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１３８】
すなわち、通信装置１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである通信装置１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、通信装置１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１３９】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１４０】
また、通信装置１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明によれば、同一の周波数帯域で信号を伝送する伝送信号重畳方式において、第１局から第２局に送信される信号から、所望の信号であるインバウンド信号を、中継局の非線形増幅器による信号歪みの影響を大幅に軽減して抽出することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１    通信装置
２    信号受信部
３    位相回転器
４    第１復調部
５    ２値化部
６    変調器
７    フィルタ
８    信号補償装置
８ａ  補償レプリカ信号生成手段
８ｂ  Ｉ成分取得部
８ｃ  Ｑ成分取得部
８ｄ  非線形補償モデル演算部
９    自動増幅回路
１０  相関算出部
１１  信号遅延部
１２  信号キャンセル部
１３  第２復調部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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