JP2005006274A - 略完全な再構成制約を有する効率的及び柔軟性オーバーサンプリング型フィルタバンク - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域デジタル信号のサブバンドを並べ替えるフィルタバンクシステムを提供する。
【解決手段】 広帯域デジタル入力信号からサブバンドを抽出して、偶数のチャネル番号のサブバンドからなる偶数のチャネル番号のグループと、奇数のチャネル番号のサブバンドからなる奇数のチャネル番号のグループとにする。偶数および奇数のチャネル番号のサブバンドを分離することにより、偶数のチャネル番号のサブバンド間にガードバンドを挟んだ偶数チャネルのグループと、奇数のチャネル番号のサブバンド間にガードバンドを挟んだ奇数のチャネル番号のグループとが与えられる。次に、偶数のチャネル番号のサブバンドと奇数のチャネル番号のサブバンドを並べ替え、並べ替えた偶数のチャネル番号のサブバンドと奇数のチャネル番号のサブバンドを統合して、並べ替えたサブバンドを広帯域デジタル出力信号に合成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概括的には通信システムに関し、更に詳細には複数のサブバンドを広帯域信号に再合成する略完全再構成（near perfect reconstruction）フィルタバンクアーキテクチャに関する。

フィルタバンクは、トランスマルチプレクサ、音声／画像圧縮、および適応フィルタリングといった多くの用途に使用されている。通常の完全再構成フィルタバンクは、複数のサブバンドまたはサブチャネルからなる広帯域信号をサブバンドまたはサブチャネルにフィルタリングし、これらのサブバンドまたはサブチャネルを処理（例えば圧縮／復元（圧縮解除））し、次に歪みが最小限となるようにサブバンドまたはサブチャネルを広帯域信号に再統合（合成）するように設計される。オーバーサンプリング型フィルタバンクは、多くの音声／画像圧縮技法で使用されるサブバンド適応フィルタリング技法等の信号処理アルゴリズムの計算上の複雑さを低減するために広く用いられる。信号チャネリングおよび信号統合アルゴリズムを実行した後、広帯域信号は通常、無線周波数（ＲＦ）ワイヤレスリンクにより１つまたは複数の他の無線デバイス（例えばユーザ端末）へ送信される。ＲＦワイヤレスリンンクの送信周波数は、広帯域信号の処理周波数よりも実質的に高い周波数である。

特定の状況では、サブチャネルを並べ替えるか、あるいは１つまたは複数の独立したフィルタバンクからのサブチャネルを導入することが望ましい。例えば衛星送信では、送信周波数（例えばダウンリンク周波数）は受信周波数（例えばアップリンク周波数）と異なる。したがって、特定の周波数帯域のサブチャネルで地上局から受信された信号は、異なる周波数帯域でユーザ端末へ再送信される。さらに特定用途では、サブチャネルを異なる周波数帯域のみならず異なる周波数位置（ロケーション）に並べ替えることを必要とする送信順序に基づきサブチャネルを並べ替えることが望ましい。これらの要件は、従来の変調フィルタバンクでは、信号を広帯域信号に再合成することによって生じる信号のエイリアシング歪みのために満たすことができない。

従来のオーバーサンプリング型変調フィルタバンクは、エイリアシング歪みを除去するために「エイリアシングキャンセレーション（消去）」方法を使用する。これは、サブチャネルを並べ替えない限り非常にうまくいく。サブチャネルを並べ替えた場合、「エイリアシング消去」は使用することができない。さらに、エイリアス消去を使用するアルゴリズムでは、サブチャネルの切換（switching）と組み合わせた場合、振幅および群遅延の歪みが現れる。この歪みが生じる原因として、信号の再合成中、隣接サブチャネルが、異なる送信元からのものである可能性があり、エイリアシング消去に必要な情報を必ずしも含まないことがある。

本発明のいくつかの態様の基本的な理解が得られるように、以下に本発明の簡単な概要を示す。この概要は本発明の広範な全体像ではない。この概要は、本発明の主要または重要な要素を特定することも、本発明の範囲を規定することも意図していない。この概要の唯一の目的とするところは、本発明のいくつかの概念を、下記のより詳細な説明の序文として簡略化した形で示すことである。

本発明は、広帯域デジタル信号のサブバンドを並べ替えるフィルタバンクシステムに関する。本フィルタバンクシステムは、広帯域デジタル入力信号からのサブバンドをオーバーサンプリングおよび抽出して（例えばチャネル数未満の数でダウンサンプリングすることによって）、偶数のチャネル番号のサブバンドからなる偶数のチャネル番号のグループと、奇数のチャネル番号のサブバンドからなる奇数のチャネル番号のグループとにする。偶数および奇数のチャネル番号のサブバンドを分離することにより、偶数のチャネル番号のサブバンド間にガードバンドを挟んだ偶数チャネルのグループと、奇数のチャネル番号のサブバンド間にガードバンドを挟んだ奇数のチャネル番号のグループとが与えられる。本フィルタバンクシステムは次に、偶数のチャネル番号のサブバンドと奇数のチャネル番号のサブバンドを並べ替える。次に、並べ替えた偶数のチャネル番号のサブバンドと奇数のチャネル番号のサブバンドを合成することにより、並べ替えたサブバンドを広帯域デジタル出力信号に合成する。

本発明の一態様において、本フィルタバンクシステムは略完全再構成フィルタバンク（ＮＰＲＦＢ）である。このＮＰＲＦＢは、偶数チャネライザおよび奇数チャネライザを有する分析（分解）フィルタバンク部を含む。偶数チャネライザおよび奇数チャネライザは、広帯域デジタル入力信号を、それぞれの偶数および奇数チャネル番号のサブバンドに関連するそれぞれのチャネルフィルタファンクション（関数）に対してダウンサンプリングする。偶数チャネライザは、偶数チャネルフィルタ関数と協働してガードバンドによって分離された偶数のチャネル番号のオーバーサンプリングされたサブバンドのグループを生成する逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）コンポーネントを含む。代替的に、このＩＤＦＴを共役、ＤＦＴコンポーネント共役の組み合わせで置換することもできる。奇数チャネライザは、奇数チャネルフィルタ関数と協働してガードバンドによって分離された偶数のチャネル番号のオーバーサンプリングされたサブバンドのグループを生成するＩＤＦＴコンポーネントを含む。ＮＰＲＦＢは、サブバンドを並べ替えるように動作するスイッチバンクと、並べ替えられたサブバンドを広帯域デジタル出力信号に再合成するように動作する統合部と、を含む。

統合フィルタバンク部は、偶数合成器および奇数合成器を含む。偶数合成器は、偶数のチャネル番号のサブバンドをそれぞれの周波数付近に移動させることによって、新たなまたは並べ替えた偶数のチャネル番号のサブバンドを再合成する。奇数合成器は、奇数のチャネル番号のサブバンドをそれぞれの周波数付近に移動させることによって、新たなまたは並べ替えた奇数のチャネル番号のサブバンドを再合成する。偶数合成器は、偶数チャネルフィルタ関数と協働して並べ替えた偶数のチャネル番号のサブバンドのグループを生成する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）コンポーネントを含み、奇数合成器は、奇数チャネルフィルタ関数と協働して並べ替えた奇数のチャネル番号のサブバンドのグループを生成するＤＦＴコンポーネントを含む。偶数のチャネル番号のサブバンドおよび奇数のチャネル番号のサブバンドを合成して広帯域デジタル出力信号を生じる。

上記およびそれに関連する目的の達成のために、本明細書では、本発明の特定の例示的な態様を以下の説明および添付図面とともに説明する。しかしながら、これらの態様は本発明の原理を使用できる様々な方法のうちのいくつかを示すに過ぎず、本発明はそのような全ての態様とその均等物を包含するものとする。本発明の他の利点および新規の特徴は、以下の発明を実施するための最良の形態を図面とともに考慮すれば明らかとなるだろう。

本発明は、歪みを最小限にしながらサブチャネルを効率的にスイッチング（切換）を行うことを可能にするフィルタバンクアーキテクチャに関する。このフィルタバンクアーキテクチャは、エイリアス歪みを伴わずにサブチャネルを他の独立した送信元からのサブチャネルと並べ替えるか、あるいは合成することができる略完全再構成フィルタバンク（ＮＰＲＦＢ）を使用する。本発明では、従来の情報スイッチング（交換）またはルーティングデバイスにおける振幅および群遅延の歪みが生じない。

図１は、本発明の一態様によるフィルタバンクシステム１０のブロック図を示す。フィルタバンクシステム１０は、分析（分解）フィルタバンク部１２、スイッチバンク１８および合成（統合）フィルタバンク部２０を含む。分析フィルタバンク部１２は、特定のチャネル順序（channel order）を有する特定の周波数帯域にわたる複数のサブバンドすなわちサブチャネルからなる広帯域デジタル入力信号（例えば複素信号）を受信する。分析フィルタバンク部１２は、偶数チャネライザ１４および奇数チャネライザ１６を含む。

偶数チャネライザ１４は、偶数のチャネル番号のサブバンドを抽出し、各偶数のチャネル番号のサブバンドを複素ベースバンド（例えばゼロ周波数）付近が中心となるように移動させる。偶数チャネライザ１４は、オーバーサンプリングされガードバンドによって分離された偶数のチャネル番号のサブバンドの出力を与える。偶数チャネルのチャネライザ１４はさらに、広帯域デジタル信号をＮ／２のダウンサンプリング係数でダウンサンプリングする（ここでＮは広帯域デジタル信号のサブバンドの数である）。広帯域デジタル信号をＮ未満の数でダウンサンプリングすることによって、オーバーサンプリングされたサブバンド信号が効果的に得られる。ダウンサンプリング係数は、サブバンド信号のオーバーサンプリングを最適化する。

奇数チャネライザ１６は、広帯域デジタル入力信号から奇数のチャネル番号のサブバンドを抽出し、各奇数のチャネル番号のサブバンドを複素ベースバンド付近が中心となるように移動させる。奇数チャネライザ１６は、オーバーサンプリングされガードバンドによって分離された奇数のチャネル番号のサブバンドの出力を与える。奇数のチャネル番号のサブバンドはまた周波数シフトされ、奇数のチャネル番号のサブバンドが偶数のチャネル番号のサブバンドと整列する（位置が合う）ようにする。奇数チャネルのチャネライザ１６はさらに、広帯域デジタル信号をＮ／２のダウンサンプリング係数でダウンサンプリングすることができる（ここでＮは広帯域デジタル信号のサブバンドの数である）。ここでもまた、Ｎ未満の係数でダウンサンプリングすることによって、オーバーサンプリングされたサブバンド信号が効果的に得られる。ダウンサンプリング係数は、サブバンド信号のオーバーサンプリングを最適化する。サブバンドの中心を複素ベースバンド付近にすることによって、サブバンドを統合（合成）フィルタバンク部２０へスイッチング（切換）および通過させ、エイリアスを伴わずに再構成することが可能になる。さらに、奇数および偶数チャネルの分離とオーバーサンプリングによりサブバンド間にガードバンドが設けられ、エイリアス歪みを伴わずに奇数および偶数チャネルを容易に切換えて再合成することができるようになる。

偶数チャネライザ１４からの偶数チャネルのサブバンドおよび奇数チャネライザ１６からの奇数チャネルのサブバンドはスイッチバンク１８に供給される。オプションで、スイッチバンク１８は、奇数サブバンドおよび偶数サブバンドを並べ替え、さらなるサブバンドを供給し、および／または特定のサブバンドを置き換えることができる１つまたは複数のアルゴリズムを実行するためにコントローラ２８に結合され得る。コントローラ２８は、１つまたは複数のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）であり得ることが理解されるべきである。あるいは、スイッチバンク１８は、サブバンドの格納、並べ替えおよび切換を行い、広帯域デジタル出力信号（例えば複素信号）に再構成するために必要な関数を含み得る。

次に、新たなまたは並べ替えた偶数のチャネル番号のサブバンドは統合フィルタバンク２０の偶数合成器２２に供給され、一方、新たなまたは並べ替えた奇数のチャネル番号のサブバンドは奇数合成器２４に供給される。偶数合成器２２および奇数合成器２４は、奇数サブバンドと偶数サブバンドを加算器２６により広帯域デジタル信号に再合成する。偶数チャネライザ１４、奇数チャネライザ１６、偶数合成器２２、および奇数合成器２４は、複数のサブバンドを分離および合成するハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用することができることを理解すべきである。あるいは、偶数チャネライザ１４、奇数チャネライザ１６、偶数合成器２２、および奇数合成器２４は、１つまたは複数のアルゴリズムを実行して複数のサブバンドすなわちサブチャネルを分離および合成する１つまたは複数のＤＳＰを使用することができる。

本発明により可能となるいくつかの用途には、異なる送信元を有するフィルタバンク間でのサブチャネルのスイッチング、単一のフィルタバンク内でのサブチャネルまたはそのグループの周波数変換、および効率的な分数オーバーサンプリング型（例えば３／２オーバーサンプリング型）フィルタバンクが含まれる。本発明により可能となる別の用途は、効率的な不均一フィルタバンクを提供することである（すなわち、サブチャネルは最大のフィルタ帯域幅により要求されるレートでオーバーサンプリングされ、より小さなサブチャネルは合成されて様々な帯域幅が実現する）。

図２は、本発明による略完全再構成フィルタバンク（ＮＰＲＦＢ）４０の８個のサブチャネルによる実施態様のブロック図を示す。本発明は任意数のサブチャネルに拡張できることが理解されるべきである。ＮＰＲＦＢ４０は分析（分解）フィルタバンク４２および統合フィルタバンク５４からなる。分析フィルタバンク４２は、入ってくるデジタル入力信号またはスペクトルをサブチャネル（すなわち周波数帯域）に分割し、統合フィルタバンク５４は、サブチャネルを単一の広帯域デジタル出力に合成する。

図２の分析フィルタバンク４２において、デジタル入力信号は偶数チャネライザフィルタバンク４４および奇数チャネライザフィルタバンク４８を使用して奇数および偶数のサブチャネルのグループに分割される。デジタル入力信号は、偶数チャネラザイザフィルタバンク４４からの４個と奇数チャネライザフィルタバンク４８からの４個とからなる８個のサブチャネルにフィルタリングされる。各フィルタバンクの出力の奇数／偶数の処理およびオーバーサンプリングにより、従来の再構成フィルタバンクには存在しないガードバンドが隣接サブチャネル間に生成される。ガードバンドは再合成中にエイリアス歪みを低減する。スイッチバンク５２は、周波数変換のため、すなわち、他の物理的に独立したフィルタバンクに対して切換え（スイッチング）入力するかまたは切換え出力するために、サブチャネルを並べ替える。統合フィルタバンク５４は、分析フィルタバンク４２の鏡像であり、逆の機能を実行する。例えば分析フィルタバンク４２はサブバンドに対してフィルタ関数Ｇ（Ｚ）およびＩＦＦＴを実行し、一方、合成フィルタバンク５４は並べ替えたサブバンドに対してＦＦＴおよびフィルタ関数Ｅ（Ｚ）を実行する。

偶数チャネライザフィルタバンク４４および奇数チャネライザフィルタバンク４８の各チャネルは、入ってくる信号をＮ／２でダウンサンプリングする（ここでＮは広帯域入力信号のサブバンドの数に等しい）。この例では、信号は４でダウンサンプリングされ、各フィルタ関数において広帯域入力信号の１／４のデータレートおよび１／８の周波数成分を与える。従来のデバイスは、効率的な処理のために入力信号を１／８のデータレートおよび１／８の周波数成分で間引き（デシメート）する。しかしながら、１／８のデータレートの信号に伴う問題は、サブバンド入力信号が、広帯域出力信号にエイリアスバック（alias back）される遷移帯域を有する可能性があることである。ダウンサンプリングはさらに、偶数チャネライザ４４の出力においてサブバンドのオーバーサンプリングを最適化する。

図３は、重複する遷移帯域を有する広帯域デジタル信号の８個のサブチャネルの出力振幅と周波数のグラフ７０を示す。出力サブバンドは、−ｐｉ〜ｐｉの周波数成分範囲を有する（ここでｐｉはナイキスト周波数におけるサンプリングされた出力レートである）。重複する遷移帯域７２は、サブバンドを合成して単一の広帯域デジタル出力信号にしている間に信号のエイリアス歪みを生じる。本発明は、信号のダウンサンプリングを低減して、サブバンドを単一の広帯域デジタル信号に再合成すなわち合成する際のサブバンド信号のエイリアス歪みを軽減し、分析フィルタバンク４２の出力においてサブバンドのオーバーサンプリングを最適化する。これは処理効率をトレードオフするものであるが、別個の奇数／偶数チャネルの処理と併せたデータレートの低下により、十分なガードバンドがチャネルの再合成中に実質的な処理効率の損失なしで確実にエイリアス歪みを除去する。

再び図２を参照すると、偶数チャネライザ４４のダウンサンプリングされた信号は次に、対応するチャネルポリフェーズフィルタユニットＧ₀（Ｚ）、Ｇ₁（Ｚ）、Ｇ₂（Ｚ）、Ｇ₃（Ｚ）に供給され、そのダウンサンプリングされた広帯域デジタル信号のフィルタに対する時間領域応答がポリフェーズ分解される。デシメートしたダウンサンプリングされたサブバンド信号は次に、４点（ポイント）ＩＤＦＴコンポーネント４６に供給される。代替的に、このＩＤＦＴコンポーネント４６を共役、ＤＦＴコンポーネント共役の組み合わせで置換することもできる。４点ＩＤＦＴコンポーネント４６は、チャネルポリフェーズフィルタユニットＧ₀（Ｚ）、Ｇ₁（Ｚ）、Ｇ₂（Ｚ）、Ｇ₃（Ｚ）と協働し、偶数チャネルのサブバンドの中心を複素ベースバンド（例えばゼロ周波数）にする。サブバンドの中心を複素ベースバンドにすることによって、切換えたサブバンドを統合フィルタバンク５４へ切換えて通過させることが可能になる。ＩＤＦＴコンポーネント４６の出力は次にスイッチバンク５２に供給される。

図４は、複素ベースバンド付近を中心とする偶数の番号のチャネルの出力振幅と周波数のグラフ８０を示す。偶数のチャネル番号のサブバンドは、−ｐｉ〜ｐｉの周波数成分範囲を有する（ここでｐｉはナイキスト周波数におけるサンプリングされた出力レートである）。グラフ８０に示すように、ゼロチャネルは複素ベースバンド付近を中心とし、２番目のチャネルおよび６番目のチャネルの中心は複素ベースバンドから等距離にあるが、ただし２番目のチャネルは正の周波数領域に、６番目のチャネルは負の周波数領域にある。４番目のチャネルは、正および負の周波数領域の両方でベースバンドの両端に分割されている。偶数チャネルの各々は、偶数チャネライザ４４が処理中に広帯域デジタル入力信号をダウンサンプリングしただけでなく奇数チャネルを除去したことにより、ガードバンド８２によって分離されている。ガードバンド８２は、重複する遷移帯域７２が除去されているため、並べ替えを容易にする。

奇数チャネライザ４８もまた、広帯域デジタル信号をダウンサンプリングして、ダウンサンプリングされた広帯域デジタル信号を対応するチャネルポリフェーズフィルタユニットＧ₀（Ｚ）、Ｇ₁（Ｚ）、Ｇ₂（Ｚ）、Ｇ₃（Ｚ）に供給し、そのダウンサンプリングされた広帯域デジタル信号のフィルタに対する時間領域応答をポリフェーズ分解する。オーバーサンプリングされたサブバンド信号は、（−１）^Nの乗算器（ここでＮはチャネルの次数に等しい）および関連する重み係数乗算器Ｗ₈ ⁰、Ｗ₈ ¹、Ｗ₈ ²およびＷ₈ ³により合成されて、奇数チャネルの中心がベースバンド付近となるようにシフトされる。

デシメートしたダウンサンプリングおよびシフトされたサブバンド信号は次にＩＤＦＴコンポーネント５０に供給される。代替的に、このＩＤＦＴコンポーネント５０を共役、ＤＦＴコンポーネント共役の組み合わせと置き換えることもできる。ＩＤＦＴコンポーネント５０は、関連するチャネルフィルタユニットＧ₀（Ｚ）、Ｇ₁（Ｚ）、Ｇ₂（Ｚ）、Ｇ₃（Ｚ）および乗算器と協働して、奇数チャネルのサブバンドの中心を複素ベースバンド（例えばゼロ周波数）にする。図５は、複素ベースバンド付近を中心とする奇数チャネルの出力振幅と周波数のグラフ９０を、周波数シフトありの場合と周波数シフトなしの場合とで示す。奇数チャネル番号のサブバンドは、−ｐｉ〜ｐｉの周波数成分領域を有する（ここでｐｉはナイキスト周波数におけるサンプリングされた出力範囲である）。周波数シフトなしの奇数チャネルを破線で示し、周波数シフトは、奇数チャネルを矢印９４に沿って偶数チャネルと位置が合うように移動させる。グラフ９０に示されるように、シフト後の奇数チャネルは、複素ベースバンド付近を中心とする１番目のチャネル、ならびに複素ベースバンドから等距離に中心がある３番目のチャネルおよび７番目のチャネルを含むが、ただし３番目のチャネルは正の周波数領域にあり、７番目のチャネルは負の周波数領域にある。５番目のチャネルは、正および負の周波数領域の両方でベースバンドの両端に分割されている。

奇数チャネルの各々は、奇数チャネライザ４８が処理中に広帯域デジタル入力信号をダウンサンプリングしただけでなく偶数チャネルを除去したことにより、ガードバンド９２によって分離されている。ガードバンド９２は、重複する遷移帯域が除去されているため、並べ替えを容易にする。周波数をシフトすることにより、奇数チャネルの中心をベースバンド付近にして、偶数チャネルと合わせることが可能となり、エイリアス歪みを伴わずにチャネルを容易に並べ替えることができるようになる。ＩＤＦＴコンポーネント５０の出力は次にスイッチバンク５２に供給される。

スイッチバンク５２は、周波数変換のため、すなわち、他の物理的に独立したフィルタバンクに対して切換え入力するかまたは切換え出力するために、処理、チャネルの並べ替えをする機能を含み得る。スイッチバンク５２は予めプログラムされるか、あるいはプログラム可能であり得る。あるいはスイッチバンク５２は、１つまたは複数の他のデバイスによって制御することができる。サブバンドの処理および／または並べ替えを行った後、スイッチバンク５２はサブバンド信号を新たなチャネル位置に供給する。偶数のチャネル位置に割り当てられたサブバンド信号は統合フィルタバンク５４の偶数チャネル合成器５６に供給され、奇数チャネル位置に割り当てられたサブバンド信号は統合フィルタバンク５４の奇数チャネル合成器６０に供給される。統合フィルタバンク５４の偶数チャネル合成器５６は、４点離散フーリエ変換（ＤＦＴ）コンポーネント５８および関連するフィルタ関数Ｅ₀（Ｚ）、Ｅ₁（Ｚ）、Ｅ₂（Ｚ）、Ｅ₃（Ｚ）を含み、そのフィルタ関数に対する周波数領域応答をポリフェーズ合成（統合）する。統合フィルタバンク５４の奇数チャネル合成器６０は、４点離散フーリエ変換（ＤＦＴ）コンポーネント６２および関連するフィルタ関数Ｅ₀（Ｚ）、Ｅ₁（Ｚ）、Ｅ₂（Ｚ）、Ｅ₃（Ｚ）を含み、そのフィルタ関数に対する周波数領域応答をポリフェーズ統合する。

奇数チャネル合成器６０はまた、乗算器（−１）^Nおよび関連する重み係数乗算器Ｗ₈ ⁰、Ｗ₈ ¹、Ｗ₈ ²、Ｗ₈ ³を含み、関連する帯域付近を中心とする奇数のチャネルの所望の周波数を供給する。奇数および偶数のサブバンド信号は４でアップサンプリングされ、合成されて、広帯域入力信号の元のデータレートおよび周波数成分の広帯域出力信号が生成される。図６は、広帯域出力信号１０２の出力振幅と周波数のグラフ１００を、出力信号１０２の平坦な上部の領域１０４によって示されるようにエイリアス歪みなしで示す。広帯域出力信号１０２は、−ｐｉ〜ｐｉの周波数成分範囲よりも低い周波数成分を有する（ここでｐｉはナイキスト周波数におけるサンプリングされた出力範囲である）。平坦な上部の領域１０４は、−ｐｉ／２からｐｉ／２まで延び、ナイキスト周波数（−ｐｉ，ｐｉ）に達する前にゼロに移動する遷移帯域１０６および１０８を有する。したがって、広帯域出力信号１０２にはエイリアス歪みがない。

図７は、本発明の一態様による略完全再構成フィルタバンク（ＮＰＲＦＢ）１４４を使用するデジタルトランスポンダ１４０を示す。このデジタルトランスポンダ１４０は例えば、衛星または地上基地局デバイスの一部であり得る。デジタルトランスポンダ１４０は、ＲＦ送信信号を送受信するアンテナ１５２を有する送信機／受信機コンポーネント１５０を含む。送信機／受信機コンポーネント１５０は、広帯域ＲＦ送信信号を受信し、この広帯域ＲＦ送信信号をダウンミキサ１４８に供給する。このダウンミキサ１４８は、ダウンミックスされた広帯域信号をアナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）１４６に供給する。このＡＤＣ１４６は、ダウンミックスされた広帯域信号を広帯域デジタル信号に変換し、ＮＰＲＦＢ１４４によって処理されるようにする。

図１および図２に示すように、ＮＰＲＦＢ１４４は広帯域信号を、関連するガードバンドを有する複数の奇数サブバンドと偶数サブバンドに分割する。奇数サブバンドおよび偶数サブバンドは、再ソート（resort）すなわち並べ替えを行って再合成し、デジタルトランスポンダ１４０により送信することができる。代替的に、奇数サブバンドおよび偶数サブバンドを格納し、他の広帯域デジタル信号からのサブバンドと並べ替えて合成することができる。再合成した信号は次にデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）１５４に供給され、このＤＡＣ１５４が再合成されたデジタル信号を広帯域アナログ信号に変換する。広帯域アナログ信号は次に、アップミキサ１５６によりアップミックスされ、ＲＦ送信周波数のアナログ信号を生じる。次に送信機／受信機１５０がアンテナ１５２を介して広帯域アナログ信号を送信する。

ＮＰＲＦＢ１４４は、デジタル広帯域信号をいくつかのサブバンドにフィルタリングする分解部を含む。サブバンドは次に中央処理装置１４２に供給される。中央処理装置１４２は、サブバンドを処理し、送信順序またはプロトコルに基づきサブバンドを再ソートし、再ソートすなわち並べ替えを行ったサブバンドをＮＰＲＦＢ１４４に戻すことができる。ＮＰＲＦＢ１４４は、サブバンドを再合成してベースバンドを中心とする広帯域デジタル信号を生じる統合部を含む。代替的に、再ソート順序を制御する能力をＮＰＲＦＢ１４４の一部として設けることができ、中央処理装置１４２は、ＮＰＲＦＢ１４４をプログラムし、および／またはデジタルトランスポンダ１４０に関連する他の機能を行うように動作することができる。

本発明の一態様において、デジタルトランスポンダ１４０は、複数の異なる位置から広帯域信号を受信し、この広帯域信号を複数のサブバンドに分割し、これらのサブバンドをその広帯域信号および／または他の広帯域信号からのサブバンドとともに再ソートすなわち並べ替えを行い、並べ替えたサブバンドを広帯域信号に合成し、この広帯域信号を１つまたは複数の位置に送信するように動作する。例えば、第１の広帯域信号を第１の位置から受信し、第２の広帯域信号を第２の位置から受信することができる。第１の広帯域信号および第２の広帯域信号の第１の部分の宛先を第３の位置とし、第１の広帯域信号および第２の広帯域信号の第２の部分の宛先を第４の位置とする。ＮＰＲＦＢ１４４は第１の広帯域信号および第２の広帯域信号の第１の部分を再合成し、これを第３の位置に送信する。ＮＰＲＦＢ１４４はまた、第１の広帯域信号および第２の広帯域信号の第２の部分を再合成し、これを第４の位置に送信する。ＮＰＲＦＢ１４４は例えば、予めプログラムされた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）デバイスによりプログラムするか、あるいは中央処理装置１４２によりプログラムすることができる。

上述した構造的および機能的特徴に鑑みて、本発明の様々な態様による方法は、図８を参照することでより良く理解されるだろう。説明を簡略化するため、図８の方法は順次実行されるように図示および説明されるが、本発明によれば、いくつかの特徴は本明細書中に図示および説明するものとは異なる順序で、および／または他の特徴と同時に起こり得るため、本発明は図示の順序に限定されないことを理解すべきである。さらに、本発明の一態様による方法を実施するには、例示する全ての特徴が必要なわけではない。

図８は、本発明の一態様による、広帯域デジタル信号のサブバンドを並べ替える方法を示す。本方法はステップ２００で開始し、ステップ２００では、広帯域デジタル入力信号をダウンサンプリングして複数の偶数チャネルおよび奇数チャネルに分解する。広帯域デジタル入力信号はＮ／２でダウンサンプリングすることができる（ここでＮは複素広帯域信号のサブバンドの数である）。２１０において、偶数サブバンドの中心を複素ベースバンド周波数（例えばゼロ周波数）付近にする。偶数サブバンドは、ＩＤＦＴコンポーネントと協働するポリフェーズフィルタ関数を使用してサブバンドを分離することによって、中心を複素ベースバンド付近にすることができる。偶数サブバンドに対してＮ／２でのダウンサンプリング、ポリフェーズフィルタ関数およびＩＤＦＴコンポーネントの組み合わせを実行することにより、オーバーサンプリングされ、ガードバンドによって分離された一組のサブバンド信号が得られる。ステップ２２０において、奇数サブバンドを周波数シフトし、その中心を複素ベースバンド周波数付近にする。奇数サブバンドは、ＩＤＦＴコンポーネントと協働するポリフェーズフィルタ関数を使用してサブバンドを分離することによって、中心を複素ベースバンド付近にすることができる。奇数サブバンドに対してＮ／２でのダウンサンプリング、ポリフェーズフィルタ関数およびＩＤＦＴコンポーネントの組み合わせを実行することにより、オーバーサンプリングされ、ベースバンド付近を中心とし、かつガードバンドによって分離された一組のサブバンド信号が得られる。奇数サブバンドは周波数シフトして、奇数サブバンドを偶数サブバンドと合わせる。本方法は次に２３０へ進む。

２３０では、サブバンド周波数またはサブバンドチャネルの順序を、所定のプロトコルに基づき切換（スイッチ）または変更する。次に２４０において、偶数チャネルに切換えたサブバンドをそれぞれの中心周波数に移動させる。偶数チャネルサブバンドは、ポリフェーズフィルタ関数と協働するＤＦＴを使用して偶数チャネルを図４に示すように位置付けることによって、それぞれの中心周波数に移動させることができる。２５０では、奇数チャネルに切換えたサブバンドを周波数シフトし、それぞれの中心周波数に移動させる。奇数チャネルサブバンドは、ポリフェーズフィルタ関数と協働するＤＦＴを使用して、それぞれの周波数に移動させることができる。図５に示すように、奇数チャネルサブバンドは、乗算器を使用して周波数シフトし、奇数チャネルの周波数をそれぞれの中心周波数にシフトすることができる。２６０では、偶数チャネルおよび奇数チャネルのサブバンドをアップサンプリングおよび再合成して広帯域出力信号（例えば複素信号）を生じる。

上記説明は、本発明の例示的な実施態様を含む。当然ながら、本発明を説明するためにコンポーネントまたは方法の考え得る組み合わせをすべて説明することは不可能であるが、当業者は、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび変更が可能であることを認めるであろう。したがって本発明は、の特許請求の範囲の精神およびその範囲に入る全ての変更、修正および変形を包含するものとする。

本発明の一態様に係るフィルタバンクシステムのブロック図である。 本発明の一態様に係る略完全再構成フィルタバンク（ＮＰＲＦＢ）の８個のサブチャネルによる実施態様のブロック図である。 重複する遷移帯域を有する広帯域デジタル信号の８個のサブチャネルの出力振幅と周波数のグラフである。 本発明の一態様に係る偶数チャネライザの出力における、複素ベースバンド付近を中心とする偶数チャネルの出力振幅と周波数のグラフである。 本発明の一態様に係る、周波数シフトのある状態とない状態での、奇数チャネライザの出力における、複素ベースバンド付近を中心とする奇数チャネルの出力振幅と周波数のグラフである。 本発明の一態様に係る、エイリアス歪みのない再合成した広帯域出力信号の出力振幅と周波数のグラフである。 本発明の一態様に係る略完全再構成フィルタバンクを使用したデジタルトランスポンダのブロック図である。 本発明の一態様に係る、広帯域デジタル信号のサブバンドを並べ替える方法を示す図である。

Claims (10)

1. 複数のサブバンドからなる広帯域デジタル入力信号を受信し、前記サブバンドをオーバーサンプリングおよび抽出して、ガードバンドによって分離された偶数チャネル番号のサブバンドからなる偶数チャネル番号のグループと、ガードバンドによって分離された奇数チャネル番号のサブバンドからなる奇数チャネル番号のグループとにする分析フィルタバンクと、
   前記偶数チャネル番号のサブバンドと前記奇数チャネル番号のサブバンドを並べ替えるように動作するスイッチバンクと、
   前記並べ替えた偶数および奇数のチャネル番号のサブバンドを広帯域デジタル出力信号に合成する統合フィルタバンクと、
   を備えたフィルタバンクシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記偶数チャネル番号のサブバンドと前記奇数チャネル番号のサブバンドは、ダウンサンプリングによりオーバーサンプリングされて前記ガードバンドの生成を容易にする、システム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記広帯域デジタル入力信号は、該広帯域デジタル入力信号から関連するサブバンドを抽出する前にＮ／２のダウンサンプリング係数でダウンサンプリングされ、ここでＮは前記広帯域デジタル入力信号のサブバンドの数に等しい、システム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記分析フィルタバンクは、前記偶数チャネル番号のサブバンドをオーバーサンプリングおよび抽出する偶数チャネライザと、前記奇数チャネル番号のサブバンドをオーバーサンプリングおよび抽出する奇数チャネライザとからなる、システム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記偶数チャネライザは、それぞれの偶数チャネル番号のサブバンドに関連する偶数チャネルフィルタ関数と、該偶数チャネルフィルタ関数と協働して複素ベースバンド付近を中心とする前記偶数チャネル番号のサブバンドを生成する逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）コンポーネントと、を含む、システム。
6. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記偶数チャネライザは、それぞれの偶数チャネル番号のサブバンドに関連する偶数チャネルフィルタ関数と、該偶数チャネルフィルタ関数と協働して複素ベースバンド付近を中心とする前記偶数チャネル番号のサブバンドを生成する第１の共役、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）および第２の共役の組み合わせと、を含む、システム。
7. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記奇数チャネライザは、それぞれの奇数チャネル番号のサブバンドに関連する奇数チャネルフィルタ関数と、該奇数チャネルフィルタ関数と協働して複素ベースバンド付近を中心とする前記奇数チャネル番号のサブバンドを生成するＩＤＦＴコンポーネントと、を有する、システム。
8. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記奇数チャネライザは、それぞれの奇数チャネル番号のサブバンドに関連する奇数チャネルフィルタ関数と、該奇数チャネルフィルタ関数と協働して複素ベースバンド付近を中心とする前記奇数チャネル番号のサブバンドを生成する第１の共役、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）および第２の共役の組み合わせと、を有する、システム。
9. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記奇数チャネライザは、それぞれの奇数チャネル番号のサブバンドに関連する乗算器を有し、該奇数チャネル番号のサブバンドの周波数を、複素ベースバンド付近の前記偶数チャネル番号のサブバンドと合うようにシフトする、システム。
10. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記統合フィルタバンクは偶数合成器と奇数合成器からなり、前記偶数合成器は、それぞれの偶数チャネル番号のサブバンドに関連する偶数チャネル離散フーリエ変換（ＤＦＴ）コンポーネントおよび偶数チャネルフィルタ関数を有し、前記偶数チャネルＤＦＴコンポーネントは前記偶数チャネルフィルタ関数と協働して前記偶数のチャネル番号のサブバンドをそれぞれの周波数付近が中心となるように移動させ、前記奇数合成器は、それぞれの奇数チャネル番号のサブバンドに関連する奇数チャネルＤＦＴコンポーネント、奇数チャネル乗算器および奇数チャネルフィルタ関数を有し、前記奇数チャネルＤＦＴコンポーネントは前記奇数チャネル乗算器および前記奇数チャネルフィルタ関数と協働して前記奇数のチャネル番号のサブバンドをそれぞれの周波数付近が中心となるように移動させる、システム。

Images