JP2002359606A

JP2002359606A - Ｏｆｄｍ装置

Info

Publication number: JP2002359606A
Application number: JP2001166504A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nishio; 敏志西尾
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりもピークファクタを低減することが
可能なOFDM装置を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも送信系として送信データを各
周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送波に分
散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッパと、
前記被変調信号を時間領域において多重化しOFDM信号を
出力する逆フーリエ変換手段とを備えるとともに、受信
系として受信OFDM信号から前記直交する複数の搬送波を
生成するフーリエ変換手段と、所定の復調処理を行うシ
ンボルデマッパとを備えるOFDM装置であって、前記送信
系において複数の搬送波の位相をexp{f(k)}、但しf(k)=
αk³、kは0,1,2,・・・N-1、Nは総搬送波数、を用いて拡散
させることにより前記OFDM信号に係わるピークファクタ
を低減するようにしたことを特徴とするOFDM装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はOFDM装置に関し、特
にピークファクタを低減する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力線通信は、屋外配電線や屋内電灯線
などの電力を供給するため配設している電力線を利用し
て情報を伝送するものであり、通信線路を新たに敷設す
る必要がなく通信料金の低コスト化が可能であるため、
従来より種々の方式が検討されてきた。電力線通信で
は、上記のような利点がある一方で、雑音などによる伝
送特性劣悪な電力線を使用するため、雑音に強い通信方
式を用いる必要がある。

【０００３】直交周波数分割多重(Orthogonal Frequenc
y Division Multiplexing、以下OFDMと記す)方式は、1
チャネルのデータを複数の搬送波に分散させて伝送する
マルチキャリア変調方式の一種であり、データが複数の
搬送波に分散されるため雑音による全データ欠落の確率
が低くなり、従って電力線通信に適した通信方式として
知られている。

【０００４】図4は、電力線通信装置における従来のOFD
M装置の構成例を示す機能ブロック図である。この図に
示す電力線通信装置は、送信系としてOFDM変調部100をD
/A変換器(デジタル/アナログ変換器)110とローパスフィ
ルタ120とを介して中間周波・高周波処理部(以下、IF・RF
処理部と記す)130に接続するとともに、受信系として前
記IF・RF処理部130をアンチエイリアスフィルタ(ローパ
スフィルタ)140とA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)
150とを介してOFDM復調部200に接続して構成される。

【０００５】なお、OFDM方式については、例えば「伊丹
誠、OFDM変調技術、トリケップス、2000年3月」等に詳細
に記載されているので、ここでは要点のみ説明する。OF
DM変調部100は、送信データを各周波数成分が一部重複
しつつ直交する複数の搬送波に分散して所定の被変調信
号を生成するシンボルマッパ101と、シリアルデータを
パラレルデータに変換するS/P変換回路102と、逆フーリ
エ変換手段としての逆高速フーリエ変換器(Inverse Fas
t Fourier Transform、以下IFFTと記す)103と、パラレ
ルデータをシリアルデータに変換するP/S変換回路104
と、伝送路(電力線)分岐からの反射波によるマルチパス
の影響を軽減する送信側ガードインターバル回路105と
を順次接続して構成される。

【０００６】また、OFDM復調部200は、上述したOFDM変
調部100の逆操作により復調信号を得るため、受信側ガ
ードインターバル回路201と、S/P変換回路202と、受信O
FDM信号から前記直交する複数の搬送波を生成するため
のフーリエ変換手段としての高速フーリエ変換器(Fast
Fourier Transform、以下FFTと記す)203と、P/S変換回
路204と、所定の復調処理を行うシンボルデマッパ205と
を順次接続して構成される。

【０００７】図5は、シンボルマッパ101が出力する信号
のスペクトルを示す図である。この例では、n個の搬送
波を用いるOFDM信号を生成する場合のスペクトルを示し
ており、周波数利用効率を上げるために各スペクトルは
隣接するスペクトルの一部と重複するように配置され
る。

【０００８】図6は、16個(n=15)の搬送波を用いる場合
の送信側P/S変換回路104より出力するOFDM信号(16個の
搬送波が多重化された信号)の例を示す図である。

【０００９】以下、図5および図6を参照しつつ図4に示
したOFDM装置の動作について電力線通信装置全体を含め
て説明する。まず、送信系の動作として、シンボルマッ
パ101が送信データを図5に示すような周波数成分を有し
互いに直交する複数の搬送波に分散して所定の被変調信
号(例えば、直交振幅変調(QAM)、或いは、位相変調(PS
K))を生成し出力すると、これをS/P変換回路102がパラ
レル信号に変換する。

【００１０】この被変調信号は、各搬送波の発生タイミ
ングのずれ(位相のずれ)に起因して正確な直交性が保証
されないが、この各搬送波をIFFT変換器103により時間
領域の信号に変換することにより、上記発生タイミング
のずれが補正されることが知られており、理想的なOFDM
信号が図6に示されたような多重化波形として出力され
る。このOFDM信号は、P/S変換回路104によりシリアル信
号に戻され、送信側ガードインターバル回路105により
マルチパスの影響を受けにくい信号に加工されるととも
に、D/A変換器110とローパスフィルタ120とを介して高
調波が除去されたアナログ信号に変換され、IF・RF処理
部130において図示を省略した電力増幅器による増幅な
ど所定の処理が行われた後に伝送路に送出される。

【００１１】一方、受信系の動作として、IF・RF処理部1
30とアンチエイリアスフィルタ140とA/D変換器150とを
介して所定の処理の後に不要波が除去されデジタル信号
に変換されたOFDM信号がOFDM復調部200に入力すると、
受信側ガードインターバル回路201により送信側のガー
ドインターバル加工が解除され、S/P変換回路202におい
てパラレル信号に変換されFFT203に供給される。FFT203
がこの信号から直交する複数の搬送波(被変調信号)を周
波数成分として生成し、これをP/S変換器204を介してシ
ンボルデマッパ205に供給すると、ここで被変調信号か
ら送信データを再生するために所定の復調処理が行われ
る。

【００１２】なお、図5に示すようにOFDM信号は各搬送
波のスペクトルの一部が隣接スペクトルと重複している
ため、各搬送波をフィルターで取り出す(分離する)こと
はできない。しかしながら、周知のように各搬送波間で
有する直交性を利用して信号を分離することができる。
これについては記述が煩雑になるので説明を省略する
(上記文献のpp.37-41に記載がある)。

【００１３】以上のように、OFDM信号は1つのチャネル
信号を複数の搬送波を用いて伝送するので、雑音により
特定の搬送波のデータが欠落しても、搬送波全体のデー
タが欠落する可能性は低く、従って、所定の誤り訂正技
術等を併用することにより電力線を伝送路として利用し
ても情報データを送受信することができる。

【００１４】図7は、上記したIF・RF処理部130が有する
電力増幅器の動作点を示す図である。横軸は電力増幅器
への入力信号レベル、縦軸は電力増幅器からの出力信号
レベルをそれぞれ表している。この電力増幅器は、複数
の搬送波を同時に増幅する必要があるので可能な限り大
きな出力電力(出力レベル)が要求され、そのため入力信
号を出力が飽和領域付近となるレベルで使用するのが一
般的である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような従来のOFDM装置においては以下に示すような問題
点があった。つまり、変調方式として位相変調(Phase S
hift Keying、PSKと記す)系、例えば、BPSK(2値PSK)やQ
PSK(4値PSK)を用いる場合、OFDM信号の特徴である直交
性を保証するために各搬送波の基準位相は一定(共通)で
あり、各搬送波(被変調信号)の位相偏移はBPSKでは2
値、QPSKでは4値に限られている。従って、これらの変
調方式を採用すると各搬送波の位相が揃いやすくなるの
で、図6に示したようなOFDM信号(合成波形)に大きなピ
ーク値が発生し、後述するピークファクタ値が大きくな
る。その結果、電力増幅器への入力信号レベルが大きく
なるので図7に示した動作点がさらに右側にシフトし、
その結果、出力信号レベルが飽和して信号歪みを発生す
る。特開平10-84329号出願においては、このピークファ
クタを低減するために各搬送の位相を拡散させる手段を
有するOFDM装置を提案している。しかしながら、後述す
るように位相拡散に係わるパラメータの設定に起因し
て、ピークファクタの低減が十分ではなく問題であっ
た。本発明は、上述した従来のOFDM装置に関する問題を
解決するためになされたもので、従来よりもピークファ
クタを低減することが可能なOFDM装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるOFDM装置の請求項1記載の発明は、
少なくとも送信系として送信データを各周波数成分が一
部重複しつつ直交する複数の搬送波に分散して所定の被
変調信号を生成するシンボルマッパと、前記被変調信号
を時間領域において多重化しOFDM信号を出力する逆フー
リエ変換手段とを備えるとともに、受信系として受信OF
DM信号から前記直交する複数の搬送波を生成するフーリ
エ変換手段と、所定の復調処理を行うシンボルデマッパ
とを備えるOFDM装置であって、前記送信系において複数
の搬送波の位相をexp{f(k)}、但しf(k)=αk³、k=0,1,2,
・・・N-1、Nは総搬送波数、を用いて拡散させることによ
り前記OFDM信号に係わるピークファクタを低減するよう
にした。本発明に係わるOFDM装置の請求項2記載の発明
は、請求項1記載のOFDM装置において、前記受信系にお
いて前記各搬送波の位相をexp{-f(k)}を用いて補正する
ようにした。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施の形態例に基
づいて本発明を詳細に説明する。図1は本発明に係わるO
FDM装置における変調部の実施形態例を示す機能ブロッ
ク図である。この例に示すOFDM装置変調部は、送信デー
タを各周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送
波に分散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッ
パ11と、シリアルデータをパラレルデータに変換するS/
P変換回路12と、逆フーリエ変換手段としての逆高速フ
ーリエ変換器(Inverse Fast Fourier Transform、IFFT
と記す)13と、パラレルデータをシリアルデータに変換
するP/S変換回路14と、伝送路(電力線)分岐からの反射
波によるマルチパスの影響を軽減する送信側ガードイン
ターバル回路15とを順次接続するとともに、S/P変換回
路12とIFFT13との間の各線路それぞれに乗算器16を配置
して構成される。

【００１８】図2は、本発明に係わるOFDM装置における
復調部の実施形態例を示す機能ブロック図である。この
例に示すOFDM装置復調部は、上述したOFDM装置変調部の
逆操作により復調信号を得るため、受信側ガードインタ
ーバル回路21と、S/P変換回路22と、受信OFDM信号から
前記直交する複数の搬送波を生成するフーリエ変換手段
としての高速フーリエ変換器(Fast Fourier Transfor
m、FFTと記す)23と、P/S変換回路24と、所定の復調処理
を行うシンボルデマッパ25とを順次接続するとともに、
FFT23とP/S変換回路24との間の各線路それぞれに乗算器
26を配置して構成される。

【００１９】OFDM変復調部の基本的な動作は上述した従
来技術と同様であるので、説明を省略する。

【００２０】本発明の特徴は、図1に示した変調部にお
ける乗算器16を介して各搬送波の位相を拡散させ、以て
OFDM信号に係わる合成波形のピークレベルを低減するこ
とにある。ここで、ピークレベルの大きさを次式のピー
クファクタにより定義する。ピークファクタ=(信号のピークレベル値)/(信号の平均レベル値) (1)

【００２１】まず、本発明では各搬送波C0,C1,C2・・・の
位相を拡散させるため、各搬送波に対して次式で表され
る位相をずらした搬送波を乗算器16を介して乗算する。 Ck=exp{f(k)} (2) ここで、f(k)=α・k³、ただし、kは0,1,2,・・・N-1、Nは使
用する総搬送波数であり、αは任意の実数でαmod 2π
≠0となるように設定する。より具体的に説明すれば、1
番目の搬送波C0にはexp{α・0}=0、2番目の搬送波C1には
exp{α・1³}=α、3番目の搬送波C2={α・2³}=8α・・・・・が
それぞれ乗算される。

【００２２】図3は、本発明に係わるOFDM装置及び従来
のOFDM装置のピークファクタ低減効果を示す図である。
この図は、一例として99個の搬送波(N=99)を用い、α=
0.627753(rad)と設定した場合のOFDM信号(合成波形)を
示している。ここで、送信データとしては基準位相が連
続する(同一の搬送波位相が連続する)場合、即ち、ピー
クファクタが最悪となる場合を想定しており、また、横
軸の1/fsはシンボル周期を意味している。同図(a)は本
発明に係わるOFDM装置の場合を、同図(b)は位相拡散と
してf(k)=α・k²を用いる特開平10-84329号出願において
提案された従来のOFDM装置の場合を、また、同図(c)は
位相拡散を行わない場合をそれぞれ示している。なお、
位相拡散を行わない場合は、同図(c)の波形が連続して
繰り返される。

【００２３】(c)図のように位相拡散を行わない場合は
大きなピークレベルが1点に集中するので、ピークファ
クタは最悪となる。また、(b)図のように従来提案され
た位相拡散を用いてもピークレベルは数ヶ所に分散され
るが、なお高い振幅レベルを有するので、ピークファク
タ低減は十分ではない。一方、本発明に係わるOFDM装置
では、高いピークレベルは発生せず、十分にピークファ
クタを低減することができる。

【００２４】なお、受信側では、この位相拡散された信
号をそのまま復調しても位相情報は撹乱されているので
正しい送信データを復元できない。そこで、復調部にお
いて図2に示すように受信したOFDM信号の各搬送波に送
信側の位相拡散のときとは逆の位相を有する搬送波、即
ちexp{-f(k)}、を乗算して受信信号の補正をするように
している。

【００２５】受信側においてこの補正を行うためには、
送信側の位相拡散に係わる情報を受信側に伝送する必要
があるので、実際の通信に先立ち送信側から送信するト
レーニング信号にこの位相拡散情報を含ませる、或い
は、使用する位相拡散値を送信側・受信側で予め決めて
おく等により対処する。

【００２６】以上のように本発明に係わるOFDM装置は機
能するので、従来よりもピークファクタを低減すること
ができ、従って、電力増幅器から出力する信号の歪みを
防止することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上説明したように各搬送波の
位相を拡散させるように構成するとともにその拡散位相
量を適切に設定したので、ピークファクタ低減効果が大
きいOFDM装置を実現する上で著効を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係わるOFDM装置における変調部の構成
例を示す機能ブロック図

【図2】本発明に係わるOFDM装置における復調部の構成
例を示す機能ブロック図

【図3】本発明に係わるOFDM装置及び従来のOFDM装置の
ピークファクタ低減効果を示す図

【図4】電力線通信装置における従来のOFDM装置の構成
例を示す機能ブロック図

【図5】OFDM信号のスペクトルを説明する図

【図6】16キャリアを用いるOFDM信号の多重化波形を示
す模式図

【図7】電力線通信装置で使用される電力増幅器の動作
点を示す図

【符号の説明】

11・・シンボルマッパ 12、22・・シリアル・パラレル変換器 13・・逆フーリエ変換器 14、24・・パラレル・シリアル変換器 15、21・・ガードインターバル 16、26・・乗算器 23・・フーリエ変換器 25・・シンボルデマッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも送信系として送信データを各
周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送波に分
散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッパと、
前記被変調信号を時間領域において多重化しOFDM信号を
出力する逆フーリエ変換手段とを備えるとともに、受信
系として受信OFDM信号から前記直交する複数の搬送波を
生成するフーリエ変換手段と、所定の復調処理を行うシ
ンボルデマッパとを備えるOFDM装置であって、前記送信系において複数の搬送波の位相をexp{f(k)}、
但しf(k)=αk³、kは0,1,2,・・・N-1、Nは総搬送波数、を
用いて拡散させることにより前記OFDM信号に係わるピー
クファクタを低減するようにしたことを特徴とするOFDM
装置。
【請求項２】前記受信系において前記各搬送波の位相
をexp{-f(k)}を用いて補正するようにしたことを特徴と
する請求項1記載のOFDM装置。