(57)【要約】【課題】トレーニング信号を用いずにウエイトの算出を行なう。【解決手段】受信機のウエイト算出２６７は、周波数毎に、受信信号から変換された当該周波数のベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における当該ベースバンド信号の複素共役とから、当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成する。そして、生成した当該周波数の仮想の送信信号と、受信信号から得られたベースバンド信号を復調した信号を再変調して生成した当該周波数のレプリカの送信信号との差分であるエラー信号を用いて当該周波数のウエイトを更新する。ウエイト算出部は、この処理をベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行い、更新されたウエイトを誤差補償部２５７に伝達する。誤差補償部２５７は、後続の受信信号から変換されたベースバンド信号に、伝達されたウエイトを乗算してＩＱインバランスを補償する。【選択図】図５
2013009023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置であって、
送信装置からの送信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、
前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償部と、
前記誤差補償部から出力された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、
前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、
周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行って得られた前記ウエイトを前記誤差補償部に伝達するウエイト算出部と、
を具備することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置であって、
送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトの通知先である前記送信装置からの送信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、
前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、
周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出部と、
前記ウエイト算出部が算出した前記ウエイトを前記送信装置に送信するウエイト送信部と、
を具備し、
前記受信部は、前記ウエイト送信部が前記ウエイトを前記送信装置に送信した後、送信した前記ウエイトによりＩＱインバランスが補償された送信信号を前記送信装置から受信する、
ことを特徴とする受信装置。
【請求項３】
送信装置と受信装置とからなる通信システムであって、
前記送信装置は、
入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調部と、
前記変調部が変調したベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信部とを具備し、
前記受信装置は、
前記送信装置からの前記送信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、
前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償部と、
前記誤差補償部から出力された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、
前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、
周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行って得られた前記ウエイトを前記誤差補償部に伝達するウエイト算出部とを具備する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
送信装置と受信装置とからなる通信システムであって、
前記送信装置は、
入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調部と、
前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを前記受信装置から受信するウエイト受信部と、
前記変調部により変換された前記ベースバンド信号に前記ウエイト受信部により受信した前記ウエイトを乗算してＩＱインバランスを補償するプリディストーション処理部と、
前記プリディストーション処理部から出力された前記ベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信部とを具備し、
前記受信装置は、
前記送信装置からの前記送信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、
前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、
周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出部と、
前記ウエイト算出部が算出した前記ウエイトを前記送信装置に送信するウエイト送信部とを具備する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
前記変調部は、前記ウエイト算出部において前記ウエイトの算出が完了するまでは、フレーム誤りが発生する可能性が小さい変調方式及び符号化を用いて、入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置の受信方法であって、
送信装置からの送信信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換ステップと、
前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換ステップにおいて変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償ステップと、
前記誤差補償ステップにおいて出力された前記ベースバンド信号を復調する復調ステップと、
前記復調ステップにおいて復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調ステップと、
周波数毎に、前記変換ステップにおいて変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調ステップにおいて当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出ステップと、
を有することを特徴とする受信方法。
【請求項７】
送信装置と受信装置とからなる通信システムの通信方法であって、
前記送信装置が、
入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調ステップと、
前記変調ステップにおいて変調されたベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信ステップと、
前記受信装置が、
送信装置が送信した送信信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換ステップと、
前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換ステップにおいて変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償ステップと、
前記誤差補償ステップにおいて出力された前記ベースバンド信号を復調する復調ステップと、
前記復調ステップにおいて復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調ステップと、
周波数毎に、前記変換ステップにおいて変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調ステップにおいて当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信やコヒーレント光通信におけるＩＱインバランスを補償するための信号処理を行なう受信装置、通信システム、受信方法及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この十年の間に、携帯電話やＦＴＴＨ（Fiber to the Home）等の発達により、インターネットを利用するユーザが増加した。この結果、様々なサービスが提供され、動画像配信など高スループットが必要となるサービスも登場している。これらのサービスを利用するために、携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信システムの広帯域化への要求が高まっており、ＦＴＴＨに匹敵する伝送速度を達成する次世代無線通信システムが検討されている。
【０００３】
また、インターネットの発展に伴い、バックボーンネットワークを流れるトラヒック量が爆発的に増加しており、バックボーンネットワークの広帯域化も必要となっている。バックボーンネットワークを構成する光通信においてはＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）などの技術を用いてキャパシティを上げてきたが限界に達しているため、最近は１波長当たりのチャネルの広帯域化が検討されている。広帯域化を図るために、無線通信で用いられているデジタル信号処理を用いたコヒーレント送受信が有望視されており、現在盛んに研究されている。
【０００４】
無線通信や、コヒーレント光通信では、周波数の有効利用が可能となる位相変調が必須となっている。位相変調を行うためには、送受信機では、通信に利用する帯域において良好なＩＱバランス特性を有する必要がある。ＩＱバランス特性としては、振幅、及び位相のそれぞれの面でのバランスがあり、理想的な送受信機では、同相チャネル（Ｉチャネル）と直交チャネル（Ｑチャネル）信号間の入出力ゲイン（入出力レベル）が等しく、位相差が９０度となる。しかしながら、送受信機の広帯域化が進むにつれて、良好なＩＱバランス特性を広帯域に渡り達成するのは難しくなる。このようなＩＱバランス特性の悪化（ＩＱインバランス）は、誤り率を増加させ、通信品質を劣化させる問題がある。
【０００５】
ＩＱバランス特性には、周波数非選択性（周波数非依存性）と周波数選択性（周波数依存性）との２種類がある。周波数非選択性のＩＱインバランスは、直交変調器へ入力されるＩ／Ｑ信号のゲインがケーブル等の減衰によって差が生じた場合や、Ｉ／Ｑ信号に乗算されるローカル信号間の位相差が９０度からずれた場合に発生する。一方、周波数選択性のＩＱインバランス特性は、デジタル・アナログ変換器やローパスフィルタ、直交変調器ＩＣなどの周波数特性に起因し、広帯域化が進むほどＩＱバランス特性を良好に保つのは難しい。
【０００６】
送信機内に周波数選択性ＩＱインバランスが存在する場合、直交変調器の出力信号は式（１）のように記述できる。
【０００７】
ｙ（ｔ）＝ｇ１（ｔ）＊ｘ（ｔ）＋ｇ２（ｔ）＊ｘ＊（ｔ）      …（１）
【０００８】
ここで、ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける送信信号、ｙ（ｔ）は直交変調器の出力複素信号である。＊は畳み込み演算、＊は複素共役を示す。また、ｇ１（ｔ）及びｇ２（ｔ）はそれぞれ、以下の式（２）、式（３）で記述できる。
【０００９】
ｇ１（ｔ）＝｛ｈＩ（ｔ）＋ａ・ｅｊθ・ｈＱ（ｔ）｝／２      …（２）
【００１０】
ｇ２（ｔ）＝｛ｈＩ（ｔ）−ａ・ｅｊθ・ｈＱ（ｔ）｝／２      …（３）
【００１１】
ここで、ａ及びθは周波数に依存しないＩ／Ｑ間の振幅比及び位相誤差［ｒａｄ（ラジアン）］であり、理想的な場合、ａ＝１及びθ＝０［ｒａｄ］となる。また、ｈＩ（ｔ）及びｈＱ（ｔ）はそれぞれ、ローパスフィルタやデジタル・アナログ変換器などに起因するＩチャネルインパルス応答及びＱチャネルのインパルス応答であり、理想的な場合、ｈＩ（ｔ）＝ｈＱ（ｔ）となる。したがって、ａ＝１、θ＝０、且つ、ｈＩ（ｔ）＝ｈＱ（ｔ）の理想的である場合は、ｇ２（ｔ）の値は０となり、複素共役の信号ｘ＊（ｔ）が消え、所望信号であるｘ（ｔ）のみが直交変調器より出力される。
【００１２】
フーリエ変換により式（１）を周波数領域の信号Ｙ（ｆ）に変換すると、以下の式（４）のように記述できる。ｆは周波数を示す。
【００１３】
Ｙ（ｆ）＝Ｇ１（ｆ）・Ｘ（ｆ）＋Ｇ２（ｆ）・Ｘ＊（−ｆ）      …（４）
【００１４】
ここで、Ｇ１（ｆ）及びＧ２（ｆ）は、ｇ１（ｔ）及びｇ２（ｔ）のフーリエ変換後の信号であり、Ｘ（ｆ）はｘ（ｔ）のフーリエ変換後の信号である。したがって、中心周波数（ローカル信号の周波数）を中心として対称の周波数の信号（Ｘ＊（−ｆ））が、ＩＱバランス特性に依存する係数（Ｇ２（ｆ））と乗算され、干渉信号となって所望信号に合成される。図１９は、干渉信号が所望信号に合成される様子を示す概念図である。同図に示すように、ＩＱインバランスに起因する干渉が生じ、伝送品質が劣化する。
【００１５】
送信機に周波数選択性ＩＱインバランスが存在する時のシミュレーション結果を説明する。図２０は、シミュレーションに用いたシングルキャリア方式の送信機５０及び受信機６０のシミュレーションモデルを示す図である。送信機５０では、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）マッピング処理５０１により、バイナリ信号をＱＰＳＫ変調フォーマットに従ってＩＱ信号に変換する。その後、ルートレイズドコサインフィルタ（ロールオフ率α＝０．５）を帯域制限フィルタ５０２としてＩＱ信号のフィルタリングを行う。その後、フィルタ５０３−１及びフィルタ５０３−２をかけ、周波数非選択性ＩＱインバランス５０４を付加して周波数選択性ＩＱインバランスを生成している。
【００１６】
フィルタのインパルス応答は、一般的に、（ｂ０＋ｂ１ｚ―１＋ｂ２ｚ−２＋…＋ｂＮｚ−Ｎ）／（１＋ａ１ｚ―１＋ａ２ｚ−２＋…＋ａＭｚ−Ｍ）として算出される。ｚ−１、ｚ−２、…は、遅延を表す。ここでは、フィルタ５０３−１におけるインパルス応答ｈＩ（ｔ）の分子の係数[ｂ０，ｂ１，ｂ２］及び分母の係数[ａ０，ａ１，ａ２］は［１，１，０］及び［１，０．７１６２，０］とし、フィルタ５０３−２におけるインパルス応答ｈＱ（ｔ）の分子の係数[ｂ０，ｂ１，ｂ２］及び分母の係数[ａ０，ａ１，ａ２］は［１，１，０］及び［１，０．４６０２，０］とした。また、周波数非選択性ＩＱインバランスにおけるａとθの値はそれぞれ、０．２ｄＢ（デシベル）、３度とした。
【００１７】
受信機６０では、送信機５０の帯域制限フィルタ５０２と同じ帯域制限フィルタ６０１を用いてフィルタリングを行い、サイズ６４のフーリエ変換６０２により周波数領域信号に変換して、等化６０３を行った後、サイズ６４の逆フーリエ変換６０４を行った。オーバラップセーブ法により、中心の３２個の信号を抽出し、端の３２個の信号を削除することにより、シンボル間干渉を緩和した。
【００１８】
図２１は、図２０に示すシミュレーションモデルによる逆フーリエ変換後の信号のコンスタレーションを示している。周波数選択性ＩＱインバランスにより、コンスタレーションが広がっている。各点の距離が縮まったため、デマッピングを行う際に判定誤りが生じる可能性が高まる。
【００１９】
上記の周波数選択性ＩＱインバランスの補償を行う手法として、非特許文献１では、トレーニング信号を用いて、ＩＱインバランス補償用のウエイトを算出し、ＩＱインバランスを補償する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】”Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalance in ＯＦＤＭ receivers”，IEEE Trans. on Sig. Proc.，Vol. 53，No. 8，pp. 3257-3268, 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、非特許文献１の方法では、トレーニング信号を必要とするため、伝送効率が低下する問題がある。すなわち、トレーニング信号を送信する時間があるため、データ信号を送信する時間が短くなり、スループットが低下する。
また、既存の通信システムに導入する場合、信号フォーマットの変更やフォーマット変更に伴う信号処理方法の変更が必要となり、ＩＱインバランス補償装置の導入にかかるコストが大きくなる問題がある。
【００２２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、トレーニング信号を用いずにウエイトの算出を行なう受信装置、通信システム、受信方法及び通信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題を解決するために、本発明は、受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置であって、送信装置からの送信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償部と、前記誤差補償部から出力された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行って得られた前記ウエイトを前記誤差補償部に伝達するウエイト算出部と、を具備することを特徴とする受信装置である。
【００２４】
また、本発明は、受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置であって、送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトの通知先である前記送信装置からの送信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出部と、前記ウエイト算出部が算出した前記ウエイトを前記送信装置に送信するウエイト送信部と、を具備し、前記受信部は、前記ウエイト送信部が前記ウエイトを前記送信装置に送信した後、送信した前記ウエイトによりＩＱインバランスが補償された送信信号を前記送信装置から受信する、ことを特徴とする受信装置である。
【００２５】
また、本発明は、送信装置と受信装置とからなる通信システムであって、前記送信装置は、入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調部と、前記変調部が変調したベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信部とを具備し、前記受信装置は、前記送信装置からの前記送信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償部と、前記誤差補償部から出力された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行って得られた前記ウエイトを前記誤差補償部に伝達するウエイト算出部とを具備する、ことを特徴とする通信システムである。
【００２６】
また、本発明は、送信装置と受信装置とからなる通信システムであって、前記送信装置は、入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調部と、前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを前記受信装置から受信するウエイト受信部と、前記変調部により変換された前記ベースバンド信号に前記ウエイト受信部により受信した前記ウエイトを乗算してＩＱインバランスを補償するプリディストーション処理部と、前記プリディストーション処理部から出力された前記ベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信部とを具備し、前記受信装置は、前記送信装置からの前記送信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換部と、前記変換部により変換された前記ベースバンド信号を復調する復調部と、前記復調部により復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調部と、周波数毎に、前記変換部により変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調部が当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出部と、前記ウエイト算出部が算出した前記ウエイトを前記送信装置に送信するウエイト送信部とを具備する、ことを特徴とする通信システムである。
【００２７】
また、本発明は、上述する通信システムであって、前記変調部は、前記ウエイト算出部において前記ウエイトの算出が完了するまでは、フレーム誤りが発生する可能性が小さい変調方式及び符号化を用いて、入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する、ことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、受信した信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換して復調する受信装置の受信方法であって、送信装置からの送信信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップにおいて受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換ステップと、前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換ステップにおいて変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償ステップと、前記誤差補償ステップにおいて出力された前記ベースバンド信号を復調する復調ステップと、前記復調ステップにおいて復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調ステップと、周波数毎に、前記変換ステップにおいて変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調ステップにおいて当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出ステップと、を有することを特徴とする受信方法である。
【００２９】
また、本発明は、送信装置と受信装置とからなる通信システムの通信方法であって、前記送信装置が、入力された信号をＩチャネルとＱチャネルからなるベースバンド信号に変換する変調ステップと、前記変調ステップにおいて変調されたベースバンド信号を無線信号または光信号に変換した送信信号を送信する送信ステップと、前記受信装置が、送信装置が送信した送信信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップにおいて受信した前記送信信号をベースバンド信号に変換する変換ステップと、前記送信装置または前記受信装置の周波数特性による周波数選択性ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを、前記変換ステップにおいて変換された前記ベースバンド信号に乗算してＩＱインバランスを補償する誤差補償ステップと、前記誤差補償ステップにおいて出力された前記ベースバンド信号を復調する復調ステップと、前記復調ステップにおいて復調された信号を再度ベースバンド信号に変換して送信信号のレプリカを生成する再変調ステップと、周波数毎に、前記変換ステップにおいて変換された当該周波数の前記ベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数における前記ベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と前記再変調ステップにおいて当該周波数の前記ベースバンド信号から生成したレプリカの送信信号との差分として算出したエラー信号を用いて当該周波数の前記ウエイトを更新する処理を、前記ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行うウエイト算出ステップと、を有することを特徴とする通信方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、トレーニング信号を必要とせずにＩＱインバランス補償用ウエイトを求めることができるため、伝送効率を低下させること無く、周波数選択性ＩＱインバランスを補償することが可能となる。また、信号フォーマットの変更が不要であるため、既存の通信システムへの導入が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】同実施形態による送信機の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態による変調装置の構成を示すブロック図である。
【図４】同実施形態による受信機の構成を示すブロック図である。
【図５】同実施形態による復調装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同実施形態による無線通信システムのアプリケーションデータ送受信処理のフローチャートを示す図である。
【図７】第二実施形態による光信号送信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】同実施形態による変調装置の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施形態による光信号受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】同実施形態による復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第三実施形態による基地局の送受信機の構成を示すブロック図である。
【図１２】同実施形態による基地局の変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】同実施形態による基地局の復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】同実施形態による端末の送受信機の構成を示すブロック図である。
【図１５】同実施形態による端末の復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】同実施形態による端末の無線通信システムのアプリケーションデータ送受信処理のフローチャートを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態を適用したシミュレーションモデルを示す図である。
【図１８】図１７に示すシミュレーションモデルを用いたときの逆フーリエ変換後の信号のコンスタレーションを示す図である。
【図１９】干渉信号が所望信号に合成される様子を示す概念図である。
【図２０】シミュレーションモデルを示す図である。
【図２１】図２０に示すシミュレーションモデルを用いたときのコンスタレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
[第一実施形態]
本実施形態では、２台の無線装置がＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）通信方式を用いて信号の送受信を行う無線通信システムを想定する。図１は、本実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。無線通信システムは、基地局１と端末２とを備えて構成される。本実施形態では、基地局１から端末２へアプリケーションデータを伝送する。そして、アプリケーションデータの送信側である基地局１が備える送信機において周波数選択性ＩＱインバランスが発生しているものとし、受信側である端末２が備える受信機においてその周波数選択性ＩＱインバランスを補償する。
【００３４】
図２は、本実施形態における基地局１が備える送信機１０（送信装置）の構成を示すブロック図である。送信機１０は、変調装置１０１、デジタル・アナログ信号変換器（ＤＡＣ）１０２−１、デジタル・アナログ信号変換器１０２−２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３−１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３−２、ローカル信号発生器１０４、直交変調器１０５及びアンテナ１０６を備えて構成される。
【００３５】
変調装置１０１は、上位レイヤから出力されたバイナリ信号を変調して、ベースバンドＩＱ信号に変換する。変調装置１０１は、ベースバンドＩＱ信号のＩチャネル（同相チャネル）のデジタル信号をデジタル・アナログ信号変換器１０２−１に出力し、ベースバンドＩＱ信号のＱチャネル（直交チャネル）のデジタル信号をデジタル・アナログ信号変換器１０２−２に出力する。
【００３６】
デジタル・アナログ信号変換器１０２−１は、Ｉチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、ローパスフィルタ１０３−１に出力する。デジタル・アナログ信号変換器１０２−２は、Ｑチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、ローパスフィルタ１０３−２に出力する。ローパスフィルタ１０３−１は、所定の帯域のＩチャネルのアナログ信号を通過させ、直交変調器１０５に出力する。ローパスフィルタ１０３−２は、所定の帯域のＱチャネルのアナログ信号を通過させ、直交変調器１０５に出力する。
【００３７】
ローカル信号発生器１０４は、ローカル信号を発生させる。直交変調器１０５は、ローパスフィルタ１０３−１から入力されたＩチャネルのアナログ信号及びローパスフィルタ１０３−２から入力されたＱチャネルのアナログ信号であるアナログのベースバンドＩＱ信号と、ローカル信号発生器１０４が発生させたローカル信号をミキシングし、高周波無線信号に変換する。アンテナ１０６は、直交変調器１０５により変換された高周波無線信号を空中へ出力する。
【００３８】
図３は、図２に示す変調装置１０１の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、変調装置１０１は、ヘッダ付加部１５１、誤り検査用信号付加部１５２、誤り訂正符号化部１５３、マッピング処理部１５４、シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）１５５、逆フーリエ変換部１５６、パラレル・シリアル変換器（Ｐ／Ｓ）１５７、ガードインターバル（ＧＩ）付加部１５８及びプリアンブル付加部１５９を備えて構成される。
【００３９】
ヘッダ付加部１５１は、変調方式及び符号化情報を含むヘッダをフレーム毎に付加し、誤り検査用信号付加部１５２に出力する。誤り検査用信号付加部１５２は、端末２が備える受信機において誤りを検出できるように、誤り検査用の信号をヘッダ付加部１５１から入力されたフレーム毎に付加し、誤り訂正符号化部１５３に出力する。誤り訂正符号化部１５３は、端末２が備える受信機において誤り訂正ができるように、誤り検査用信号付加部１５２から入力されたフレームに誤り訂正符号化を行い、マッピング処理部１５４に出力する。マッピング処理部１５４は、誤り訂正符号化部１５３から入力されたバイナリ信号を、決定された変調フォーマットに従って、同相成分・直交成分からなるＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器１５５に出力する。
【００４０】
シリアル・パラレル変換器１５５は、マッピング処理部１５４から出力されたＩＱ信号のシリアルデータをパラレルに並べ替えて逆フーリエ変換部１５６に出力する。逆フーリエ変換部１５６は、シリアル・パラレル変換器１５５から入力された信号に逆フーリエ変換処理を行い、パラレル・シリアル変換器１５７に出力する。パラレル・シリアル変換器１５７は、逆フーリエ変換部１５６から入力されたパラレルデータをシリアルに並べ替えてガードインターバル付加部１５８に出力する。
【００４１】
ガードインターバル付加部１５８は、パラレル・シリアル変換器１５７から入力された信号に対して、ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加し、プリアンブル付加部１５９に出力する。プリアンブル付加部１５９は、ガードインターバル付加部１５８から入力された信号にプリアンブルを付加する。
【００４２】
図４は、図１示す端末２が備える受信機２０（受信装置）の構成を示す図である。
同図に示すように、受信機２０は、アンテナ２０１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０２、ローカル信号発生器２０３、ダウンコンバータ２０４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０５、アナログ・デジタル信号変換器（ＡＤＣ）２０６、デジタルローカル信号発生器２０７、デジタル直交復調器２０８、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０９−１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０９−２及び復調装置２１０を備えて構成される。
【００４３】
アンテナ２０１は、高周波無線信号を受信し、バンドパスフィルタ２０２に出力する。バンドパスフィルタ２０２は、アンテナ２０１が受信した信号の所定の帯域を通過させ、ダウンコンバータ２０４に出力する。ローカル信号発生器２０３は、ローカル信号を発生させる。ダウンコンバータ２０４は、バンドパスフィルタ２０２から入力された高周波無線信号と、ローカル信号発生器２０３が発生させたローカル信号とをミキシングし、低周波無線信号に変換してバンドパスフィルタ２０５に出力する。
【００４４】
バンドパスフィルタ２０５は、所定の帯域の信号を通過させ、アナログ・デジタル信号変換器２０６に出力する。アナログ・デジタル信号変換器２０６は、バンドパスフィルタ２０５から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル直交復調器２０８に出力する。デジタルローカル信号発生器２０７は、デジタルのローカル信号を発生させる。デジタル直交復調器２０８は、アナログ・デジタル信号変換器２０６によりデジタル信号化された低周波無線信号と、デジタルローカル信号発生器２０７が発生させたデジタルのローカル信号をミキシングし、ベースバンドＩＱ信号に変換する。デジタル直交復調器２０８は、ベースバンドＩＱ信号のＩチャネルのデジタル信号をローパスフィルタ２０９−１に出力し、Ｑチャネルのデジタル信号をローパスフィルタ２０９−２に出力する。
【００４５】
ローパスフィルタ２０９−１は、所定の帯域のＩチャネルのデジタル信号を通過させ、復調装置２１０に出力する。ローパスフィルタ２０９−２は、所定の帯域のＱチャネルのデジタル信号を通過させ、復調装置２１０に出力する。復調装置２１０は、ローパスフィルタ２０９−１から入力されたＩチャネルの信号及びローパスフィルタ２０９−２から入力されたＱチャネルの信号であるＩＱ信号からベースバンド無線信号を復調し、上位レイヤに出力する。
【００４６】
図５は、図４に示す復調装置２１０の構成を示す図である。復調装置２１０は、同期処理部２５１、シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）２５２、フーリエ変換部２５３、チャネル状態推定部２５４、等化部２５５、メモリ２５６、誤差補償部２５７、パラレル・シリアル変換器（Ｐ／Ｓ）２５８、ヘッダ解析部２５９、デマッピング処理部２６０、誤り訂正復号部２６１、誤り検査部２６２、誤り検査用信号付加部２６３、誤り訂正符号化部２６４、マッピング処理部２６５、シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）２６６及びウエイト算出部２６７を備えて構成される。
【００４７】
同期処理部２５１は、ＩＱ信号に付加されたプリアンブルやパイロット信号を用いて、タイミング同期、周波数オフセット同期処理等を行い、処理タイミングや周波数ずれの補正を行い、シリアル・パラレル変換器２５２に出力する。プリアンブル、パイロット信号、トレーニング信号は、いずれも既知信号という点で共通する。本実施形態において、プリアンブルとパイロット信号は、それぞれ無線チャネル状態の推定、およびローカル信号間の周波数のオフセットや位相雑音の補償に用いるものであり、ＩＱインバランス補償の有無にかかわらず必要となる。一方、従来技術において用いられているトレーニング信号は、ＩＱインバランスの推定に用いるために、プリアンブルとパイロット信号の他に追加されたものである。
【００４８】
シリアル・パラレル変換器２５２は、同期処理部２５１から入力されたＩＱ信号のシリアルデータをパラレルに並べ替えてフーリエ変換部２５３に出力する。フーリエ変換部２５３は、シリアル・パラレル変換器２５２から入力されたシリアルデータのフーリエ変換演算処理を行う。フーリエ変換部２５３は、フーリエ変換された信号のプリアンブルをチャネル状態推定部２５４に出力し、データ信号を等化部２５５へ出力する。
【００４９】
チャネル状態推定部２５４は、フーリエ変換部２５３から入力されたプリアンブル信号からチャネル状態を推定する。等化部２５５は、チャネル状態推定部２５４が推定したチャネル状態を基に、フーリエ変換部２５３から入力された信号の等化処理を行う。メモリ２５６は、等化部２５５から出力された等化処理後の信号を一時記憶する。誤差補償部２５７は、ウエイト算出部２６７により算出されたウエイトを基に、等化部２５５による等化処理後の信号に対しウエイトを乗算して加算することにより、ＩＱインバランスを補償する。パラレル・シリアル変換器２５８は、誤差補償部２５７から入力された信号のパラレルデータをシリアルに並べ替えて出力する。
【００５０】
ヘッダ解析部２５９は、パラレル・シリアル変換器２５８から出力された信号のヘッダを解析し、変調方式・符号化情報を取得する。デマッピング処理部２６０は、ヘッダ解析部２５９がヘッダから取得した変調方式情報に基づいて、パラレル・シリアル変換器２５８から入力された同相成分・直交成分からなるＩＱ信号をバイナリ信号に変換し、誤り訂正復号部２６１に出力する。誤り訂正復号部２６１は、ヘッダ解析部２５９がヘッダから取得した符号化情報に基づいて、デマッピング処理部２６０から入力された信号の誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号された信号を誤り検査部２６２に出力する。誤り検査部２６２は、誤り訂正復号部２６１から入力された信号に送信側が付加した誤り検出用の信号を用いて、受信した信号のフレーム中に誤りが存在しないかを確認する。
【００５１】
誤り検査用信号付加部２６３は、誤り検査部２６２により誤りが存在しないかが確認された信号の各フレームに、誤り検査用の信号を付加し、誤り訂正符号化部２６４に出力する。誤り訂正符号化部２６４は、誤り検査用信号付加部２６３から入力されたフレームに誤り訂正符号化を行い、マッピング処理部２６５に出力する。マッピング処理部２６５は、誤り訂正符号化部２６４から入力されたバイナリ信号を、決定された変調フォーマットに従って、同相成分・直交成分からなるＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器２６６に出力する。シリアル・パラレル変換器２６６は、マッピング処理部２６５から入力されたＩＱ信号のシリアルデータをパラレルに並べ替えてウエイト算出部２６７に出力する。
【００５２】
ウエイト算出部２６７は、メモリ２５６が記憶している各周波数成分における受信信号（ベースバンド信号）と、シリアル・パラレル変換器２６６より入力された復調後の信号から再変調されたベースバンド信号の各周波数成分における信号を用いて、適応アルゴリズムにより、ウエイトを算出する。ウエイト算出部２６７は、誤差補償後の信号と、復調後の信号から再変調されたベースバンド信号との差が小さな値に収束するまで、十分な回数繰り返しながらウエイトを算出する。
【００５３】
図６は、本実施形態の通信システムにおけるアプリケーションデータ送受信処理のフローチャートを示す図である。
最初のアプリケーションデータの伝送では、基地局１の送信機１０は、フレーム内に誤りが生じる可能性が小さい変調方式・符号化（たとえば、最も低い伝送速度となる変調方式、符号化率の組合せ）によって、端末２に信号を伝送する（ステップＳ１１）。端末２の受信機２０は、ステップＳ１１において伝送された信号を用いてウエイトを算出し（ステップＳ１３）、誤差補償部２５７は、算出されたウエイトをセットする（ステップＳ１５）。なお、フレーム内に誤りが生じる可能性が小さい変調方式・符号化を使用するのは、ウエイトの算出を精度よく、かつ、短い期間で行うためであり、したがって、ウエイトの算出が完了すれば、他の変調方式・符号化を用いる。その後、基地局１の送信機１０は、チャネル状態などに応じて変調方式や符号化を変更して、アプリケーションデータの伝送を行う（ステップＳ１７）。
【００５４】
以下に、基地局１から端末２へアプリケーションデータを送信する際の基地局１及び端末２内の具体的な処理例を示す。ここでは、ＯＦＤＭ信号を生成するためのフーリエ変換のサイズを６４、その内のデータを伝送するために用いるサブキャリア数を４８とする。変調方式・符号化は、表１に示すように、５セットがあるものとする。最初の伝送は、１番のセットを用いる。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
基地局１内において、上位レイヤからアプリケーションデータがバイナリ信号として、送信機１０内の変調装置１０１に入力される。変調装置１０１のヘッダ付加部１５１は、入力された信号をフレーム毎に分け、ヘッダを付加し、誤り検査用信号付加部１５２に出力する。ヘッダには、変調方式と符号化の情報が格納される。最初は、フレーム内に誤りが生じる可能性が小さい変調方式・符号化として１番のセットを用いるため、変調方式としてＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、符号化率として１／２の情報を格納する。その後、誤り検査用信号付加部１５２は、誤り検査用の信号を、ヘッダ付加部１５１から入力された信号のフレーム毎に付加し、誤り訂正符号化部１５３に出力する。
【００５７】
次に、誤り訂正符号化部１５３は、畳み込み符号により、誤り検査用信号付加部１５２から入力された信号の誤り訂正符号化を行い、マッピング処理部１５４に出力する。ここでは、誤り訂正符号化部１５３は、１／２の符号化率で誤り訂正符号化を行う。この時のフレーム長は、４８＊２＊Ｎ（Ｎは整数）となっている。次に、マッピング処理部１５４は、誤り訂正符号化部１５３から入力されたバイナリ信号をＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器１５５に出力する。ここでは、マッピング処理部１５４は、ＢＰＳＫフォーマットに従ってＩＱ信号に変換する。
【００５８】
シリアル・パラレル変換器１５５は、マッピング処理部１５４からシリアルに入力された４８シンボルを一旦蓄積した後、４８シンボルをパラレルに出力する。続いて逆フーリエ変換部１５６は、６４サブキャリア中のＤＣ（直流）を中心とする４８サブキャリアに上記４８シンボルを割り当てた後、逆フーリエ変換処理を行う。パラレル・シリアル変換器１５７は、逆フーリエ変換部１５６からパラレルに入力された信号をシリアルに出力し、ＯＦＤＭシンボルを生成し、ガードインターバル付加部１５８に出力する。この時、フレームはＮ個のＯＦＤＭシンボルより構成されている。
【００５９】
その後、ガードインターバル付加部１５８は、逆フーリエ変換部１５６から入力されたそれぞれのＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを付加し、プリアンブル付加部１５９に出力する。次に、プリアンブル付加部１５９は、ガードインターバル付加部１５８から入力された信号のフレーム毎にプリアンブルを付加し、変調装置１０１から出力する。
【００６０】
変調装置１０１から出力されたこの信号は、デジタル・アナログ信号変換器１０２−１及びデジタル・アナログ信号変換器１０２−２によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ１０３−１及びローパスフィルタ１０３−２によって不要信号成分がカットされた後、直交変調器１０５へ入力される。直交変調器１０５は、ローパスフィルタ１０３−１から出力されたＩチャネルの信号及びローパスフィルタ１０３−２から出力されたＱチャネルの信号と、ローカル信号発生器１０４が発生させたローカル信号とをミキシングして高周波無線信号に変換する。高周波無線信号に変換された信号は、アンテナ１０６より端末２へ向けて放射される。
【００６１】
端末２のアンテナ２０１が、基地局１から放射された信号を受信した後、バンドパスフィルタ２０２は、アンテナ２０１が受信した信号の所定の帯域を通過さることにより、所要信号を抽出してダウンコンバータ２０４へ出力する。ダウンコンバータ２０４は、バンドパスフィルタ２０２から入力された信号をローカル信号発生器２０３が発生させたローカル信号とミキシングして低周波無線信号に変換する。バンドパスフィルタ２０５は、ダウンコンバータ２０４が変換した低周波無線信号の所定の帯域を通過さることにより、不要な信号成分を除去してアナログ・デジタル信号変換器２０６に出力する。
【００６２】
アナログ・デジタル信号変換器２０６は、バンドパスフィルタ２０５から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル直交復調器２０８に出力する。次に、デジタル直交復調器２０８は、アナログ・デジタル信号変換器２０６から入力されたデジタル信号と、デジタルローカル信号発生器２０７が発生させたデジタルローカル信号とをミキシングする。ローパスフィルタ２０９−１及びローパスフィルタ２０９−２は、デジタル直交復調器２０８より入力されたデジタルローカル信号から所定の帯域の不要信号を除去してベースバンドのＩＱ信号に変換し、復調装置２１０へ出力する。
【００６３】
復調装置２１０の同期処理部２５１は、入力されたＩＱ信号に付加されたプリアンブルやパイロット信号を用いて、処理タイミングや周波数ずれ補正等の同期処理を行い、１ＯＦＤＭシンボル毎にＩＱ信号をシリアル・パラレル変換器２５２に出力する。シリアル・パラレル変換器２５２は、同期処理部２５１からシリアルに入力された信号をパラレルに出力し、フーリエ変換部２５３は、シリアル・パラレル変換器２５２からパラレルに入力された信号のフーリエ変換を行う。フーリエ変換部２５３は、プリアンブルをチャネル状態推定部２５４に出力し、データ信号を等化部２５５に出力する。
【００６４】
チャネル状態推定部２５４は、プリアンブルを用いてチャネル状態の推定を行い、等化部２５５へ伝達する。等化部２５５は、チャネル状態推定部２５４から伝達された推定チャネル状態を基に、受信信号の等化処理を行う。等化処理後、メモリ２５６に信号を送り、一時記憶させる。また、等化部２５５は、等化処理を行った信号を誤差補償部２５７に出力し、誤差補償部２５７は、ウエイト算出部２６７より伝達されたウエイトを用いて、等化部２５５からの出力信号に対し、式（５）の演算を行い、誤差を補償する。すなわち、時刻ｔ、周波数ｋにおけるＩＱインバランス補償後の信号Ｙｃ（ｔ，ｋ）は式（５）のようになる。なお、時刻ｔは、１ＯＦＤＭシンボルに対応する。
【００６５】
Ｙｃ（ｔ，ｋ）＝Ｗ１（ｋ）・Ｙ（ｔ，ｋ）＋Ｗ２（ｋ）・Ｙ＊（ｔ，−ｋ）  …（５）
【００６６】
ここで、Ｗ１（ｋ）及びＷ２（ｋ）は周波数（サブキャリア）ｋにおけるウエイト、Ｙ（ｔ，ｋ）は周波数ｋにおける受信信号（ベースバンド信号）、Ｙ（ｔ，−ｋ）はＤＣ（直流）を挟んでｋと対称の位置にある周波数（−ｋ）における受信信号（ベースバンド信号）である。＊は複素共役を示す。ウエイト算出部２６７よりウエイト情報が伝達されていない場合は、Ｗ１（ｋ）＝１、Ｗ２（ｋ）＝０と設定する。
【００６７】
誤差補償部２５７は、誤差補償した信号をパラレルにパラレル・シリアル変換器２５８に出力する。パラレル・シリアル変換器２５８は、誤差補償部２５７からパラレルに入力された信号をシリアルに出力する。ヘッダ解析部２５９は、パラレル・シリアル変換器２５８から出力された信号のヘッダを解析し、変調方式情報をデマッピング処理部２６０へ伝達し、符号化情報を誤り訂正復号部２６１へ伝達する。
【００６８】
デマッピング処理部２６０は、ヘッダ解析部２５９から伝達された変調方式情報に基づき、パラレル・シリアル変換器２５８から入力されたＢＰＳＫフォーマットのＩＱ信号をバイナリ信号に変換し、誤り訂正復号部２６１に出力する。誤り訂正復号部２６１は、ヘッダ解析部２５９から伝達された符号化情報に基づき、デマッピング処理部２６０から入力されたバイナリ信号に、符号化率１／２のビタビ復号による誤り訂正復号化を行った後、誤り検査部２６２は、誤り検査用の信号を用いて、フレーム内に誤りが存在しないか確認する。誤りが検出された場合、誤り検査部２６２は、パケットを廃棄する。誤りが検出されなければ、誤り検査部２６２は、該フレームを上位レイヤへ送信し、復調装置２１０は、該フレームに対して、送信機１０と同様に、誤り検査用信号の付加、誤り訂正符号化を行う。
【００６９】
つまり、誤り訂正復号部２６１は、ヘッダ解析部２５９から伝送された符号化情報に基づいて、デマッピング処理部２６０から入力された信号の誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号された信号を誤り検査部２６２に出力する。誤り検査部２６２は、誤り訂正復号部２６１から入力された信号のフレーム中に誤りが存在しないかを確認する。誤り検査用信号付加部２６３は、誤り検査部２６２により誤りが存在しないかが確認された信号の各フレームに、誤り検査用の信号を付加し、誤り訂正符号化部２６４に出力する。誤り訂正符号化部２６４は、誤り検査用信号付加部２６３から入力されたフレームに誤り訂正符号化を行い、マッピング処理部２６５に出力する。
【００７０】
マッピング処理部２６５は、ＢＰＳＫフォーマットに従って、誤り訂正符号化部２６４が誤り訂正符号化を行った信号をＩＱ信号に変換してシリアル・パラレル変換器２６６に出力し、シリアル・パラレル変換器２６６は、マッピング処理部２６５から入力されたシリアル信号をパラレルに信号を出力して送信信号のレプリカを生成する。この時の、時刻ｔ、周波数ｋにおけるレプリカ信号をＮ（ｔ，ｋ）とする。
【００７１】
その後、ウエイト算出部２６７は、シリアル・パラレル変換器２６６が生成したレプリカの送信信号と、メモリ２５６に記憶していた受信信号とを用い、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムにより、反復処理でＩＱインバランス補償用のウエイトを算出する。ウエイト算出部２６７は、Ｗ１（０，ｋ）＝１及びＷ２（０，ｋ）＝０を初期値（ｔ＝０）として以下のように式（６）から式（８）を反復し、ウエイトＷ１（ｋ）及びＷ２（ｋ）を算出する。
【００７２】
Ｙ’（ｔ，ｋ）＝Ｗ１（ｋ）・Ｙ（ｔ，ｋ）＋Ｗ２（ｔ，ｋ）・Ｙ＊（ｔ，−ｋ）  …（６）
【００７３】
Ｗ１（ｔ＋１，ｋ）＝Ｗ１（ｋ）＋μ・ｅ（ｔ，ｋ）・Ｙ＊（ｔ，ｋ）  …（７）
【００７４】
Ｗ２（ｔ＋１，ｋ）＝Ｗ２（ｋ）＋μ・ｅ（ｔ，ｋ）・Ｙ（ｔ，−ｋ）  …（８）
【００７５】
ここで、Ｙ’（ｔ，ｋ）は、ウエイト算出に用いる仮想の送信信号、μはステップサイズ、ｅ（ｔ，ｋ）はエラー信号である。ｅ（ｔ，ｋ）は、以下の式（９）のように算出される。
【００７６】
ｅ（ｔ，ｋ）＝Ｎ（ｔ，ｋ）−Ｙ’（ｔ，ｋ）  …（９）
【００７７】
つまり、ウエイト算出部２６７は、式（６）によりＹ’（ｔ，ｋ）を算出した後、上記の式（９）によりｅ（ｔ，ｋ）を算出し、算出したｅ（ｔ，ｋ）を用いて、式（７）及び式（８）の演算を行なう。
【００７８】
ウエイト算出部２６７は、１≦ｔ≦Ｎまで、つまり、ＯＦＤＭシンボル１つずつＮ個のＯＦＤＭシンボルまで、式（６）から式（９）の処理を繰り返し、Ｗ１（Ｎ＋１，ｋ）及びＷ２（Ｎ＋１，ｋ）をサブキャリアｋにおけるウエイトＷ１（ｋ）及びＷ２（ｋ）とする。以下同様に、ウエイト算出部２６７は、各サブキャリアにおけるＷ１及びＷ２を算出する。ウエイト算出部２６７は、算出したウエイトを誤差補償部２５７に伝達する。
【００７９】
以後、端末２が基地局１から信号を受信した場合は、同様の処理を行う。なお、この後、変調方式や符号化率は、チャネル状態や受信電力、フレーム誤り率などに応じて変更され、アプリケーションデータの伝送が継続される。すなわち、本実施形態では、ＢＰＳＫフォーマットを用いた比較的送信成功しやすい送信信号を最初に送信することによって、受信機２０で誤りのない信号を取得させ、当該受信信号から送信信号のレプリカを生成する。当該送信信号のレプリカはＩＱインバランスを含まない送信信号である。一方、等化処理後にメモリ２５６に記憶した受信信号はＩＱインバランスによる歪を含む。したがって、これらの送信信号のレプリカと等化処理後にメモリ２５６に記憶した受信信号を用いた演算により、ＩＱインバランスを補償するためのウエイトを算出できる。
【００８０】
以上の処理により、送信機１０において発生した周波数選択性ＩＱインバランスを補償することができる。ＩＱインバランスの時変動はほとんど無いため、Ｎが十分に大きい場合は、エラー信号はある小さな値に収束する。一旦ウエイトが算出された場合は、ウエイト算出処理を継続しなくとも、後続の信号に対して誤差補償を行うことが可能である。したがって、本実施形態では、信号が受信される都度ウエイトを算出する構成であるが、この限りでは無い。例えば、ウエイト算出後一定時間以上経過した場合に信号が受信された時に、ウエイトを再度算出するような構成でも良い。
【００８１】
なお、本実施形態では、ＩＦ信号をデジタル信号化した後ベースバンド信号に変換したために、受信側のＩＱインバランスは発生しないものとしたが、アナログの直交復調器によってベースバンド信号に変換した場合、ＩＱインバランスが受信機２０に発生する可能性がある。その場合でも、本実施形態と同様な構成により、受信機２０で発生したＩＱインバランスを補償することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、ウエイト算出部２６７に用いる信号は、等化部２５５からの出力信号である必要は無く、例えば、フーリエ変換部２５３からの出力信号を用いても同様な処理が可能となる。また、受信機２０は、必ずしもヘテロダイン受信構成である必要はなく、ダイレクトコンバージョン受信構成でも本実施形態を適用できる。
【００８３】
また、本実施形態では、ＬＭＳアルゴリズムを用いたが、この限りでは無く、ＲＬＳ（Recursive Least Square）など他のアルゴリズムでも同様の効果が得られる。
【００８４】
本実施形態では、誤り検査処理を行ったが、この限りでは無く、誤り訂正符号等の利用により誤りの発生率が低い場合は、誤り検査処理を省いても同様な効果が得られる。
【００８５】
[第二実施形態]
本実施形態では、２台の光通信装置が、シングルキャリア通信方式を用いて信号の送受信を行う光通信システムを想定する。１台の光通信装置が光信号送信装置を備え、もう１台の光通信装置が光信号受信装置を備える。そして、光信号受信装置において、周波数選択性ＩＱインバランスが発生しているものとする。
【００８６】
図７は、本実施形態の光通信装置が備える光信号送信装置１１（送信装置）の構成を示すブロック図である。光信号送信装置１１は、変調装置１１１、デジタル・アナログ信号変換器１１２−１、デジタル・アナログ信号変換器１１２−２、ローパスフィルタ１１３−１、ローパスフィルタ１１３−２、レーザ１１４及び光変調器１１５を備えて構成される。
【００８７】
変調装置１１１は、バイナリ信号を変調して、ベースバンドＩＱ信号に変換する。デジタル・アナログ信号変換器１１２−１、デジタル・アナログ信号変換器１１２−２、ローパスフィルタ１１３−１、ローパスフィルタ１１３−２はそれぞれ、第一実施形態の送信機１０のデジタル・アナログ信号変換器１０２−１、デジタル・アナログ信号変換器１０２−２、ローパスフィルタ１０３−１、ローパスフィルタ１０３−２と同様である。レーザ１１４は、レーザ光を発生する。光変調器１１５は、アナログのベースバンドＩＱ信号とレーザ１１４が発生させたレーザ光をミキシングし、光信号に変換する。
【００８８】
図８は、図７に示す変調装置１１１の構成を示すブロック図である。変調装置１１１は、誤り検査用信号付加部１６１、マッピング処理部１６２、プリアンブル付加部１６３及び帯域制限フィルタ１６４を備えて構成される。
【００８９】
誤り検査用信号付加部１６１、マッピング処理部１６２、プリアンブル付加部１６３はそれぞれ、第一実施形態の変調装置１０１の誤り検査用信号付加部１５２、マッピング処理部１５４、プリアンブル付加部１５９と同様である。帯域制限フィルタ１６４は、入力信号に対して帯域によるフィルタリングを行う。
【００９０】
図９は、本実施形態の光通信装置が備える光信号受信装置２１（受信装置）の構成を示すブロック図である。同図に示すように、光信号受信装置２１は、光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ）２２１、レーザ２２２、偏波コントローラ（ＰＣ）２２３、光カプラ２２４、光−電気信号変換器２２５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２６−１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２６−２、アナログ・デジタル信号変換器２２７−１、アナログ・デジタル信号変換器２２７−２及び復調装置２２８を備えて構成される。
【００９１】
光バンドパスフィルタ２２１は、所定の帯域の光信号を通過させ、光カプラ２２４に出力する。レーザ２２２は、レーザ光を発生させる。偏波コントローラ２２３は、レーザ２２２が発生させたレーザ光の偏光状態を制御する。光カプラ２２４は、光バンドパスフィルタ２２１から入力された光信号と、偏波コントローラ２２３から入力されたレーザ光を合波し、光−電気信号変換器２２５に出力する。光−電気信号変換器２２５は、光カプラ２２４から入力された光信号を電気信号に変換し、Ｉチャネルの電気信号をローパスフィルタ２２６−１に出力し、Ｑチャネルの電気信号をローパスフィルタ２２６−２に出力する。ローパスフィルタ２２６−１、ローパスフィルタ２２６−２は、図４に示す第一実施形態の受信機２０のローパスフィルタ２０９−１、ローパスフィルタ２０９−２と同様である。
【００９２】
アナログ・デジタル信号変換器２２７−１は、ローパスフィルタ２２６−１から入力されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換して復調装置２２８に出力する。アナログ・デジタル信号変換器２２７−２は、ローパスフィルタ２２６−２から入力されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換して復調装置２２８に出力する。復調装置２１０は、アナログ・デジタル信号変換器２２７−１及びアナログ・デジタル信号変換器２２７−２から入力されたデジタルのＩＱ信号からベースバンド無線信号を復調し、出力する。
【００９３】
図１０は、図９に示す復調装置２２８の構成を示すブロック図である。同図において、図５に示す第一実施形態の復調装置２１０と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。復調装置２２８が、第一実施形態の復調装置２１０と異なる点は、帯域制限フィルタ２７１、逆フーリエ変換部２７２及びフーリエ変換部２７３を備える点、ヘッダ解析部２５９、誤り訂正復号部２６１及び誤り訂正符号化部２６４を備えていない点である。
【００９４】
同期処理部２５１、シリアル・パラレル変換器２５２、フーリエ変換部２５３、チャネル状態推定部２５４、等化部２５５、メモリ２５６、誤差補償部２５７、パラレル・シリアル変換器２５８、デマッピング処理部２６０、誤り検査部２６２、誤り検査用信号付加部２６３、マッピング処理部２６５、シリアル・パラレル変換器２６６及びウエイト算出部２６７は、第一実施形態の復調装置２１０と同様である。
帯域制限フィルタ２７１は、入力信号に対して帯域によるフィルタリングを行う。逆フーリエ変換部２７２は、誤差補償部２５７から入力された信号を逆フーリエ変換してパラレル・シリアル変換器２５８に出力する。フーリエ変換部２７３は、シリアル・パラレル変換器２６６から入力された信号にフーリエ変換を行い、ウエイト算出部２６７に出力する。
【００９５】
次に、本実施形態の光通信装置の処理例を説明する。本実施形態では、フーリエ変換部２５３におけるフーリエ変換サイズを６４とし、シンボル間干渉を緩和するためのオーバラップセーブ法におけるシンボル抽出数は３２とする。
【００９６】
送信側の光通信装置において、上位レイヤから連続するアプリケーションデータがバイナリ信号として、光信号送信装置１１内の変調装置１１１に入力される。変調装置１１１の誤り検査用信号付加部１６１は、入力されたバイナリ信号に誤り検査用信号を付加し、マッピング処理部１６２に出力する。マッピング処理部１６２は、誤り検査用信号付加部１６１から入力されたバイナリ信号を、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）フォーマットに従ってＩＱ信号に変換し、プリアンブル付加部１６３に出力する。プリアンブル付加部１６３は、マッピング処理部１６２から入力されたＩＱ信号にＮ個のシンボル毎にプリアンブルを付加して帯域制限フィルタ１６４に出力する。帯域制限フィルタ１６４は、ルートレイズドコサインフィルタによるフィルタリングを行い、変調装置１１１から出力する。
【００９７】
変調装置１１１から出力されたこれらの信号は、デジタル・アナログ信号変換器１１２−１及びデジタル・アナログ信号変換器１１２−２によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ１１３−１及びローパスフィルタ１１３−２によって不要信号成分がカットされる。光変調器１１５は、ローパスフィルタ１１３−１から入力されたＩチャネルの信号及びローパスフィルタ１１３−２から入力されたＱチャネルの信号と、レーザ１１４が発生させたレーザ光とミキシングして光信号に変換し、光伝送路により伝送する。
【００９８】
受信側の光通信装置において光信号受信装置２１では、光バンドパスフィルタ２２１が、受信した光信号の所定の帯域を通過させる。光カプラ２２４には、光バンドパスフィルタ２２１が出力した光信号と、偏波コントローラ２２３により偏光状態が調整されたレーザ光が入力される。光カプラ２２４は、光信号とレーザ光を合波し、光−電気信号変換器２２５に出力する。光−電気信号変換器２２５は、光カプラ２２４から入力された光信号を電気信号に変換する。
【００９９】
ローパスフィルタ２２６−１は、光−電気信号変換器２２５から入力されたＩチャネルの電気信号からから所定の帯域の不要信号を除去してアナログ・デジタル信号変換器２２７−１に出力し、アナログ・デジタル信号変換器２２７−１は、ローパスフィルタ２２６−１から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換して復調装置２２８に出力する。
【０１００】
ローパスフィルタ２２６−２は、光−電気信号変換器２２５から入力されたＱチャネルの電気信号からから所定の帯域の不要信号を除去してアナログ・デジタル信号変換器２２７−２に出力し、アナログ・デジタル信号変換器２２７−２は、ローパスフィルタ２２６−２から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換して復調装置２２８に出力する。
【０１０１】
復調装置２２８の帯域制限フィルタ２７１は、アナログ・デジタル信号変換器２２７−１及びアナログ・デジタル信号変換器２２７−２から入力されたＩＱ信号の帯域制限フィルタリングを行い、同期処理部２５１に出力する。同期処理部２５１は、ＩＱ信号に付加されたプリアンブル・パイロット信号を用いて、処理タイミングや周波数ずれ補正等の同期処理を行う。シリアル・パラレル変換器２５２は、３２シンボルずつスライドさせながら、同期処理部２５１から６４シンボルのシリアルに入力された信号をパラレルに出力する。フーリエ変換部２５３は、シリアル・パラレル変換器２５２から入力されたシリアルデータのフーリエ変換を行う。フーリエ変換部２５３は、フーリエ変換された信号のプリアンブルをチャネル状態推定部２５４に出力し、データ信号を等化部２５５へ出力する。
【０１０２】
チャネル状態推定部２５４は、フーリエ変換部２５３から入力されたプリアンブルを用いてチャネル状態を推定し、等化部２５５へ伝達する。等化部２５５は、チャネル状態推定部２５４から伝達された推定チャネル状態を基に、フーリエ変換部２５３から入力された受信信号の等化処理を行い、波長分散や偏波モード分散の補償を行う。等化部２５５は、等化処理した信号を誤差補償部２５７へ信号を出力するとともに、メモリ２５６に書き込む。メモリ２５６は、等化部２５５から入力された信号を一時記憶する。誤差補償部２５７は、ウエイト算出部２６７から伝達されたウエイトを用いて、等化部２５５からの出力信号に対し、第一実施形態に示す式（５）のように誤差補償を行い、逆フーリエ変換部２７２に出力する。
【０１０３】
逆フーリエ変換部２７２は、誤差補償部２５７から入力された信号の逆フーリエ変換を行い、オーバラップセーブ法により中心の３２シンボルの信号を抽出し、端の３２シンボルの信号を廃棄する。逆フーリエ変換部２７２は、抽出した信号をシリアルにパラレル・シリアル変換器２５８に出力する。パラレル・シリアル変換器２５８は、逆フーリエ変換部２７２から入力された信号のパラレルデータをシリアルに並べ替えてデマッピング処理部２６０に出力する。
【０１０４】
デマッピング処理部２６０は、ＱＰＳＫフォーマットのＩＱ信号をバイナリ信号に変換して誤り検査部２６２に出力する。誤り検査部２６２は、デマッピング処理部２６０から入力された信号に送信側が付加した誤り検出用の信号を用いて、受信した信号のフレーム中に誤りが存在しないかを確認する。誤り検査部２６２は、誤りが検出されなければ、該フレームを上位レイヤへ送信するとともに、フレームを誤り検査用信号付加部２６３に出力する。
【０１０５】
誤り検査用信号付加部２６３は、誤り検査部２６２により誤りが存在しないかが確認された信号の各フレームに、誤り検査用の信号を付加し、マッピング処理部２６５に出力する。マッピング処理部２６５は、誤り検査用信号付加部２６３から入力されたバイナリ信号を再度ＱＰＳＫフォーマットのＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器２６６に出力する。シリアル・パラレル変換器２６６は、マッピング処理部２６５から入力された信号をシリアルからパラレルに並べ替えてフーリエ変換部２７３に出力する。
【０１０６】
フーリエ変換部２７３は、シリアル・パラレル変換器２６６から入力された信号にフーリエ変換を行い、レプリカ信号Ｎ（ｔ，ｋ）を生成し、ウエイト算出部２６７に出力する。ウエイト算出部２６７は、第一実施形態と同様に、メモリ２５６が記憶している各周波数成分における受信信号と、フーリエ変換部２７３から入力された各周波数成分における信号を用いて、ＬＭＳアルゴリズムにより、式（６）から式（９）に従ってＩＱインバランス補償用ウエイトを算出する。ウエイト算出部２６７は、誤差補償後の信号と、復調後の信号から変換されたベースバンド信号との差が所定の小さな値に収束するまで、十分な回数繰り返しながらウエイトを算出する。ウエイト算出部２６７は、算出したウエイトを誤差補償部２５７に伝達する。
以後、光信号受信装置２１において光信号送信装置１１から信号が受信された場合は、同様の処理を行う。
【０１０７】
以上の処理により、光信号受信装置２１において発生した周波数選択性ＩＱインバランスを補償することができる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、光信号受信装置２１で発生した周波数選択性ＩＱインバランスを補償したが、この限りでは無く、光信号送信装置１１で発生した周波数選択性ＩＱインバランスも補償することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、信号が受信される度に、ウエイトを算出する構成であるが、この限りでは無い。例えば、ウエイト算出後一定時間以上経過した場合に信号が受信された時に、ウエイトを再度算出するような構成でも良い。
【０１１０】
また、本実施形態では、ウエイト算出部２６７に用いる信号は、等化部２５５からの出力信号である必要は無く、フーリエ変換部２５３からの出力信号を用いても同様な処理が可能である。
【０１１１】
また、本実施形態では、デマッピング処理部２６０が出力した信号に対してマッピング処理部２６５におけるマッピング処理及びフーリエ変換部２７３におけるフーリエ変換処理を行い、レプリカ信号Ｎ（ｔ，ｋ）を生成したが、この限りでは無く、誤り訂正符号が使われている場合は、第一実施形態で記述したように、誤り訂正復号後の信号を用いても良い。
【０１１２】
また、本実施形態では、ＬＭＳアルゴリズムを用いたが、この限りでは無く、ＲＬＳなど他のアルゴリズムでも同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、チャネル状態推定部２５４においてプリアンブルを使ってチャネル状態を推定し、等化部２５５における等化処理により波長分散等を補償したが、この限りではなく、プリアンブルのような既知信号を用いずに波長分散や偏波モード分散の補償を行っても良い。
また、本実施形態では、変調方式や符号化率を変更していないが、この限りでは無く、これらの変更制御を行ってもよい。
【０１１３】
[第三実施形態]
本実施形態では、第一実施形態と同様に、２台の無線装置がＯＦＤＭ通信方式を用いて信号の送受信を行う無線通信システムを想定する。無線通信システムは、図１に示す第一の実施形態の基地局１に代えて基地局１ａを設け、端末２に代えて端末２ａを設けた構成である。本実施形態では、基地局１ａから端末２ａへ信号を伝送するものとし、基地局１ａが備える送信機において周波数選択性ＩＱインバランスが発生したものとする。端末２ａが備える受信機において、その周波数選択性ＩＱインバランス補償用のウエイトを算出し、基地局１ａが備える送信機へフィードバックする。基地局１ａが備える送信機は、プリディストーションを行うことによって、上記周波数選択性ＩＱインバランスを補償する。
【０１１４】
図１１は、本実施形態における基地局１ａが備える送受信機１２の構成を示すブロック図である。同図において、図２に示す第一実施形態の送信機１０、図４に示す第一実施形態の受信機２０と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。送受信機１２は、送信機１３、受信機１４、サーキュレータ１５及びアンテナ１６を備えて構成される。
送信機１３は、変調装置１０１に代えて変調装置１０１ａを備える点、アンテナ１０６を備えていない点を除き、図２に示す第一実施形態の送信機１０と同様の構成である。受信機１４は、アンテナ２０１を備えていない点、復調装置２１０に代えて復調装置２１０ａを備える点を除き、図４に示す第一実施形態の受信機２０と同様の構成である。サーキュレータ１５は、送信信号と受信信号の流れる方向を切り替える。
【０１１５】
図１２は、図１１に示す変調装置１０１ａの構成を示すブロック図である。同図において、図３に示す第一実施形態の変調装置１０１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す変調装置１０１ａが、第一実施形態の変調装置１０１と異なる点は、プリディストーション処理部１７０が付加されている点である。プリディストーション処理部１７０は、端末２ａから伝達されたウエイトを送信信号に乗算し、送信信号に加算することによって、直交変調器１０５から入力された信号の干渉が打ち消されるようにプリディストーション処理を行う。
【０１１６】
図１３は、復調装置２１０ａの構成を示すブロック図である。同図において、図５に示す第一実施形態の復調装置２１０と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す復調装置２１０ａが、第一実施形態の復調装置２１０と異なる点は、メモリ２５６、誤差補償部２５７、誤り検査用信号付加部２６３、誤り訂正符号化部２６４、マッピング処理部２６５、シリアル・パラレル変換器２６６及びウエイト算出部２６７を備えていない点である。
【０１１７】
図１４は、端末２ａが備える送受信機２２の構成を示すブロック図である。図２に示す第一実施形態の送信機１０、図４に示す第一実施形態の受信機２０と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。送受信機２２は、アンテナ２３、サーキュレータ２４、受信機２５及び送信機２６を備えて構成される。
サーキュレータ２４は、送信信号と受信信号の流れる方向を切り替える。受信機２５は、アンテナ２０１を備えていない点、復調装置２１０に代えて復調装置２１０ｂを備える点を除き、図４に示す第一実施形態の受信機２０と同様の構成である。送信機２６は、アンテナ１０６を備えていない点を除き、図２に示す第一実施形態の送信機１０と同様の構成である。
【０１１８】
図１５は、図１４に示す復調装置２１０ｂの構成を示すブロック図である。同図において、図５に示す第一実施形態の復調装置２１０と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す復調装置２１０ｂが、第一実施形態の復調装置２１０と異なる点は、誤差補償部２５７を備えていない点である。
【０１１９】
図１６は、本実施形態の通信システムにおけるアプリケーションデータ送受信処理のフローチャートを示す図である。図６に示す第一実施形態と同様に、基地局１ａの送受信機１２は、最初のアプリケーションデータの伝送では、フレーム誤りが発生する可能性が小さい変調方式・符号化によって、プリディストーション処理を施さずに端末２ａに信号を伝送する（ステップＳ２１）。端末２ａの送受信機２２は、ステップＳ２１において伝送された信号を用いて、ウエイトを算出し（ステップＳ２３）、基地局１ａへ算出したウエイト情報を伝達する（ステップＳ２５）。その後、基地局１ａが備える送受信機１２において、端末２ａから伝達されたウエイトをセットする（ステップＳ２７）。基地局１ａが備える送受信機１２は、チャネル状態などに応じて変調方式や符号化を変更し、セットしたウエイトを用いたプリディストーション処理を施したアプリケーションデータの送信を行う（ステップＳ２９）。
【０１２０】
以下に、基地局１ａ及び端末２ａにおける具体的な処理例を示す。ここでは、ＯＦＤＭ信号を生成するためのフーリエ変換のサイズを６４、その内のデータを伝送するために用いるサブキャリア数を４８とする。変調方式・符号化は、第一実施形態と同様、表１に示すように、５セットがあるものとする。最初の伝送は、１番のセットを用いる。
【０１２１】
アプリケーションデータがバイナリ信号として、基地局１ａが備える送信機１３の変調装置１０１ａに入力されると、第一実施形態と同様に、変調装置１０１ａにおいて、ヘッダ付加部１５１が入力されたバイナリ信号にヘッダを付加し、誤り検査用信号付加部１５２が誤り検査信号を付加し、誤り訂正符号化部１５３は、畳み込み符号化を行う。その後、マッピング処理部１５４が、ＢＰＳＫフォーマットに従ってバイナリ信号をＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器１５５が、マッピング処理部１５４から入力されたＩＱ信号の４８シンボルをプリディストーション処理部１７０にパラレルに出力する。
【０１２２】
プリディストーション処理部１７０は、シリアル・パラレル変換器１５５から入力された信号に、端末２ａからフィードバックされたウエイトを用いてプリディストーション処理を行う。時刻ｔ、周波数（サブキャリア）ｋで伝送する送信信号をＸ（ｔ，ｋ）、ＤＣ（直流）を挟んでｋと対称の位置にある周波数（−ｋ）における送信信号をＸ（ｔ，−ｋ）、フィードバックされたウエイトをＷ１（ｋ）及びＷ２（ｋ）とすると、プリディストーション処理部１７０は、以下の式（１０）のように処理し、プリディストーション後の送信信号ＸＰ（ｔ，ｋ）を得る。
【０１２３】
ＸＰ（ｔ，ｋ）＝Ｗ１（ｋ）Ｘ（ｔ，ｋ）＋Ｗ２（ｋ）Ｘ＊（ｔ，−ｋ）      …（１０）
【０１２４】
ただし、ステップＳ２１のように、まだ端末２ａからのフィードバック情報が無い場合は、Ｗ１（ｋ）＝１及びＷ２（ｋ）＝０とする。Ｗ１（ｋ）＝１及びＷ２（ｋ）＝０の場合、実質的にはプリディストーション処理を行なっていない。プリディストーション処理部１７０は、サブキャリア毎に上記演算を行った信号を、逆フーリエ変換部１５６に出力する。
【０１２５】
以降は、第一実施形態と同様に、逆フーリエ変換部１５６は、６４ポイントの逆フーリエ変換処理を行い、パラレル・シリアル変換器１５７は、逆フーリエ変換部１５６からパラレルに入力された信号をシリアルに出力し、ＯＦＤＭシンボルを生成する。ガードインターバル付加部１５８は、パラレル・シリアル変換器１５７から入力されたＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加し、プリアンブル付加部１５９は、プリアンブルを付加し、変調装置１０１ａから出力する。
【０１２６】
変調装置１０１ａから出力されたこの信号は、デジタル・アナログ信号変換器１０２−１及びデジタル・アナログ信号変換器１０２−２によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ１０３−１及びローパスフィルタ１０３−１によって不要信号成分がカットされた後、直交変調器１０５に入力される。直交変調器１０５は、ローパスフィルタ１０３−１及びローパスフィルタ１０３−２から入力されたＩＱチャネルの信号と、ローカル信号発生器１０４が発生させたローカル信号とをミキシングして無線信号に変換する。アンテナ１６は、直交変調器１０５により変換された無線信号を放射する。
【０１２７】
端末２ａのアンテナ２３が、基地局１ａから放射された信号を受信した後、第一実施形態と同様に、バンドパスフィルタ２０２は、受信信号から所要信号を抽出してダウンコンバータ２０４へ出力する。ダウンコンバータ２０４は、バンドパスフィルタ２０２から入力された信号をローカル信号発生器２０３が発生させたローカル信号とミキシングして、低周波無線信号に変換する。その後、バンドパスフィルタ２０５は、変換された低周波無線信号から不要な信号成分を除去し、アナログ・デジタル信号変換器２０６は、不要な信号成分が除去された低周波無線信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【０１２８】
次に、デジタル直交復調器２０８は、アナログ・デジタル信号変換器２０６から入力されたデジタル信号と、デジタルローカル信号発生器２０７が発生させたデジタルローカル信号とミキシングする。ローパスフィルタ２０９−１及びローパスフィルタ２０９−２は、デジタル直交復調器２０８から入力されたデジタルローカル信号をベースバンドＩＱ信号に変換した後、復調装置２１０ｂへ出力する。
【０１２９】
第一実施形態と同様に復調装置２１０ｂにおいて、同期処理部２５１による同期処理、シリアル・パラレル変換器２５２によるシリアル・パラレル変換処理、フーリエ変換部２５３によるフーリエ変換処理、チャネル状態推定部２５４によるチャネル状態の推定処理、等化部２５５による等化処理が行なわれる。等化部２５５は、等化処理を行なった信号をパラレル・シリアル変換器２５８に出力すると、第一実施形態と同様に、パラレル・シリアル変換器２５８によるパラレル・シリアル変換処理、ヘッダ解析部２５９によるヘッダ解析処理、デマッピング処理部２６０によるデマッピング処理、誤り訂正復号部２６１による誤り訂正復号処理が行われる。これにより、復調装置２１０ｂは、受信信号からバイナリ信号を得る。
【０１３０】
誤り検査部２６２は、得られたバイナリ信号の誤り検査を行い、誤りが検出された場合は、基地局１ａへ再送要求を行う。フレーム内に誤りが検出されなければ、該フレームを上位レイヤへ送信する。さらに、該フレームは、誤り検査用信号付加部２６３による誤り検査用信号の付加、誤り訂正符号化部２６４による誤り訂正符号化が行われる。マッピング処理部２６５は、誤り訂正符号化が行われた信号をＢＰＳＫフォーマットに従ってＩＱ信号に変換し、シリアル・パラレル変換器２６６に出力する。シリアル・パラレル変換器２６６は、マッピング処理部２６５から入力されたシリアル信号をパラレルに信号を出力して送信信号のレプリカを生成する。これにより、レプリカ信号Ｎ（ｔ，ｋ）が生成される。これら、誤り検査用信号の付加、誤り訂正符号化、ＢＰＳＫフォーマットに従ったＩＱ信号への変換、レプリカ信号Ｎ（ｔ，ｋ）生成の処理は、送信側の基地局１ａの送受信機１２と同様の処理である。
【０１３１】
その後、ウエイト算出部２６７は、第一実施形態と同様に、式（６）から式（９）に従って、各サブキャリアにおけるウエイトＷ１及びＷ２を算出する。送信機２６は、ウエイト算出部２６７が算出したウエイト情報を、基地局１ａへ送信する。送信機２６における送信処理は、第一実施形態の基地局１の送信機１０と同様である。このウエイト情報の伝達は、定期的に行われる。
【０１３２】
基地局１ａのアンテナ１６が、ウエイト情報が格納された信号を端末２ａから受信した後、受信機１４は、第一実施形態の端末２の受信機２０と同様に受信処理を行う。これにより、復調装置２１０ａは、信号に格納されていたウエイト情報を取得する。復調装置２１０ａは、取得したウエイト情報を送信機１３の変調装置１０１ａ内のプリディストーション処理部１７０へ伝達する。以後、プリディストーション処理部１７０は、端末２ａから伝達（フィードバック）されたウエイトＷ１及びＷ２を用いて式（１０）のように処理し、シリアル・パラレル変換器１５５から入力された送信信号に対してプリディストーション処理を行う。以後、基地局１ａから送信する信号の変調方式や符号化率は、チャネル状態や受信電力、フレーム誤り率などに応じて変更され、端末２ａとの間でアプリケーションデータの伝送が継続される。
【０１３３】
以上の処理により、無線の送受信機１２において発生した周波数選択性ＩＱインバランスを補償することができる。また、送受信機２２において発生した周波数選択性ＩＱインバランスについても同様に補償することができる。
【０１３４】
なお、本実施形態におけるウエイト情報の伝達は定期的に行われるものとしたが、ウエイト値があらかじめ定められた量以上変動した場合に伝達する処理でも良い。また、ＯＦＤＭ方式だけでは無く、シングルキャリア方式にも適用可能である。
【０１３５】
[シミュレーション評価]
本実施形態による周波数選択性ＩＱインバランスの補償を行った場合のシミュレーション結果を示す。図１７は、シミュレーションに用いたシングルキャリア方式の送信機５０及び受信機６０ａのシミュレーションモデルを示す図である。同図において、図２０と同じ構成には同じ符号を付している。
【０１３６】
送信機５０は、図２０に示す送信機５０と同様である。受信機６０ａは、送信機５０と同じ帯域制限フィルタ６０１を用いてフィルタリングを行い、サイズ６４のフーリエ変換６０２により周波数領域信号に変換して、等化６０３を行った後、サイズ６４の逆フーリエ変換６０４を行う。そして、受信機６０ａは、逆フーリエ変換後、デマッピング７０２、マッピング７０３、フーリエ変換７０４を行ってレプリカの受信信号を送信し、本実施形態によるウエイト算出７０５を行い、周波数選択性ＩＱインバランス補償７０１を行っている。
【０１３７】
図１８は、図２１に示すコンスタレーションに対して、本実施形態によるウエイト算出及びＩＱインバランス補償を適用した場合の結果を示している。適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを用い、ウエイト算出に用いたシンボル数は４００、ステップサイズは０．０００４としている。同図に示すように、ＩＱインバランス補償により干渉信号が消え、コンスタレーションの広がりが抑圧されている。
【０１３８】
無線通信やコヒーレント光通信において位相変調を適用する場合、ＩＱバランス特性の劣化（ＩＱインバランス）により通信品質が劣化する。特に、フィルタの周波数特性等により起因する周波数選択性ＩＱインバランスを補償するための従来の技術として、トレーニング信号を用いて、ＬＭＳなどの適応アルゴリズムにより、ウエイト処理を行う手法があった。しかし、トレーニング信号を用いるため、伝送効率が低下する問題がある。
【０１３９】
上述した本発明の実施形態では、受信装置（受信機、光信号受信装置）のウエイト算出部が、送信装置（送信機、光信号送信装置）から受信したデータ信号を用いてＩＱインバランスを推定する。このために、第一実施形態、第二実施形態の受信装置は、プリアンブルを用いてＩＱインバランス以外の歪成分をデータ信号から取り除く等化部と、データ信号を用いてウエイトを算出するウエイト算出部と、算出したウエイトを後続のデータ信号のＩＱインバランスのキャンセルに用いる誤差補償部を備えて構成される。ウエイト算出部は、周波数毎に、受信信号から得られた当該周波数のベースバンド信号と、直流成分を挟んで当該周波数と対象の位置にある周波数におけるベースバンド信号の複素共役とから当該周波数のウエイトを用いて当該周波数の仮想の送信信号を生成し、生成した当該周波数の仮想の送信信号と受信信号から得られたベースバンド信号を復調した信号を再変調して生成したレプリカの送信信号との差分からエラー信号を求め、求めたエラー信号を用いて当該周波数のウエイトを更新する処理を、ベースバンド信号のシンボル毎に繰り返し行う。これにより、後続する信号のＩＱインバランスを補償するウエイトを算出する。
また、第三実施形態では、受信装置がＩＱインバランスを補償する誤差補償部を備えずに、送信装置が受信装置のウエイト算出部において算出されたウエイトを用いてＩＱインバランスを補償した信号を送信する。
【０１４０】
従って、本実施形態では、送信成功したデータ信号から推定したＩＱインバランスの補償信号を用いて後続のデータ信号のＩＱインバランスをキャンセルできるため、トレーニング信号なしでＩＱインバランスの補償をすることができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１、１ａ…基地局
１０、１３…送信機（送信装置）
１１…光信号送信装置（送信装置）
１２…送受信機
１４…受信機（ウエイト受信部）
１５…サーキュレータ
１６、１０６…アンテナ（送信部）
１０１、１０１ａ、１１１…変調装置（変調部）
１０２−１、１０２−２…デジタル・アナログ信号変換器（ＤＡＣ）
１０３−１、１０３−２…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０４…ローカル信号発生器（送信部）
１０５…直交変調器（送信部）
１１２−１、１１２−２…デジタル・アナログ信号変換器（ＤＡＣ）
１１３−１、１１３−２…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１１４…レーザ（送信部）
１１５…光変調器（送信部）
１５１…ヘッダ付加部
１５２、１６１…誤り検査用信号付加部
１５３…誤り訂正符号化部
１５４、１６２…マッピング処理部
１５５…シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）
１５６…逆フーリエ変換部
１５７…パラレル・シリアル変換器（Ｐ／Ｓ）
１５８…ガードインターバル（ＧＩ）付加部
１５９、１６３…プリアンブル付加部
１６４…帯域制限フィルタ
１７０…プリディストーション処理部
２、２ａ…端末
２０、２５…受信機（受信装置）
２１…光信号受信装置（受信装置）
２２…送受信機
２３、２０１…アンテナ（受信部）
２４…サーキュレータ
２６…送信機（ウエイト送信部）
２０２、２０５…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０３…ローカル信号発生器（変換部）
２０４…ダウンコンバータ（変換部）
２０６…アナログ・デジタル信号変換器（ＡＤＣ）（変換部）
２０７…デジタルローカル信号発生器（変換部）
２０８…デジタル直交復調器（変換部）
２０９−１、２０９−２、２２６−１、２２６−２…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２１０、２２８、２１０ａ、２１０ｂ…復調装置
２２１…光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ）
２２２…レーザ（変換部）
２２３…偏波コントローラ（ＰＣ）（変換部）
２２４…光カプラ（変換部）
２２５…光−電気信号変換器（変換部）
２２７−１、２２７−２…アナログ・デジタル信号変換器（ＡＤＣ）（変換部）
２５１…同期処理部（変換部）
２５２…シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）（変換部）
２５３…フーリエ変換部（変換部）
２５４…チャネル状態推定部（変換部）
２５５…等化部（変換部）
２５６…メモリ
２５７…誤差補償部
２５８…パラレル・シリアル変換器（Ｐ／Ｓ）（復調部）
２５９…ヘッダ解析部（復調部）
２６０…デマッピング処理部（復調部）
２６１…誤り訂正復号部（復調部）
２６２…誤り検査部
２６３…誤り検査用信号付加部（再変調部）
２６４…誤り訂正符号化部（再変調部）
２６５…マッピング処理部（再変調部）
２６６…シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）（再変調部）
２６７…ウエイト算出部
２７１…帯域制限フィルタ
２７２…逆フーリエ変換部（復調部）
２７３…フーリエ変換部（再変調部）
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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