JP2005322998A - 無線通信システム、無線送信機及び無線受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線信号のピーク対平均電力比を抑制することの可能なＯＦＤＭ方式を使用する無線通信システム等を得ること。
【解決手段】 本システムに使用される無線送信機は、逆フーリエ変換後の送信信号の振幅を調べる振幅測定手段６１４と、前記振幅測定手段による測定結果に基づいて、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号の振幅を調整する制御信号を出力する電力制御手段６２０と、前記複数の変調前信号の振幅に、前記制御信号の示す乗数を乗算する複数の乗算部６２２とを備える。電力制御手段は、振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号ｐ_ｆ（ｎ）と、複数の変調前信号ｓ_ｆ（ｎ）との積を算出し、前記制御信号を出力する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式を採用する無線通信システム、無線送信機及び無線受信機に関する。

この種の技術分野で注目されているＯＦＤＭ方式は、複数のキャリア（サブキャリア）を互いに直交するような周波数間隔で並べることで、マルチパス伝搬環境等でも良好な信号伝送を実現しようとする技術である。この方式における送信機では、図１に示されるように、送信情報に基づいて信号生成部で生成された信号は、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）で並列の複数の信号系列に変換され、高速逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ部）で変調され、並直列変換部（Ｐ／Ｓ）で単一の信号系列に変換され、ガードインターバル付与部（ＧＩ）にてガードインターバルが付与され、電力増幅部（ＰＡ）で増幅された後にＯＦＤＭ信号として無線送信される。信号生成部では、誤り訂正符号化、インターリーブ及びシンボルマッピング等の処理が行なわれ、送信シンボルが作成される。周知のように、ガードインターバルは、送信するシンボルの末尾部分を複製したものである。一方、受信機では、図２に示されるように、ガードインターバル除去部（ＧＩ除去）で受信信号からガードインターバルが除去され、その信号は、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）で並列信号に変換され、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）にて復調され、信号検出部にて更なる復調が行なわれ、送信情報が得られる。信号検出部では、チャネル推定結果に基づいて、チャネル補償、シンボルマッピング及び誤り訂正復号化等の処理が行なわれる。

ＯＦＤＭ方式では、高低様々な複数のサブキャリアが使用されるので、場合によっては、図３に示されるように、非常に大きな振幅の送信信号が形成される。生じ得る最大のピーク電力と平均電力との比は、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）として評価される。一般に、最大ピーク電力は、平均電力の全サブキャリア数倍になる可能性がある。

一方、電力増幅器（ＰＡ）は、図４に示されるように、線形な入出力特性を与える線形領域と非線形な入出力特性を与える非線形領域とを有する。歪の少ない送信信号を出力するには、電力増幅器（ＰＡ）は線形領域で動作することが望ましい。非線形領域でそれが使用されると、伝送品質の劣化や、帯域外への不要輻射等の問題を引き起こす虞が生じる。ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）が大きい場合は、電力増幅器を線形領域だけでなく非線形領域でも使用することになってしまう。他方、線形領域の広い電力増幅器を使用することも考えられるが、増幅効率を犠牲にしてしまうという問題が生じる。従って、送信信号のピーク対平均電力比は小さいことが望ましい。

非特許文献１記載発明は、いわゆるプレディストーション方式を採用し、増幅器により生じる非線形歪を調べ、その逆特性を表す重みを送信信号に事前に与えることで、動作の線形性を確保しようとしている。非特許文献２記載発明では、大きなピーク値をクリッピングすることでピーク対平均電力比を抑制しようとしている。
Ｍ．Ｆｒｉｅｓｅ，"Ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ＯＦＤＭ−ｓｉｇｎａｌ ｄｕｅ ｔｏ ｐｅａｋ−ｃｌｉｐｐｉｎｇ ｉｎ ｏｐｔｉｍａｌｌｙ ｐｒｅｄｉｓｏｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ"．ｐｒｏｃ．ｏｆ ＧＬＯＢＣＯＭ‘９８，ｐｐ．９３９−９４４，Ｎｏｖ．１９９８ Ｘ．Ｌｉ ａｎｄ Ｌ．Ｊ．Ｃｉｍｉｎｉ，"Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｌｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＯＦＤＭ"，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２，ｎｏ．５，ｐｐ．１３１−１３３，Ｍａｙ．１９９８

しかしながら、プレディストーション方式では、電力増幅器に対する入出力特性を見かけ上線形にするに過ぎず、大きなピーク対平均電力比を有する信号がなくなるわけではない。また、増幅器の飽和領域を超えるピーク電力を有する信号に対しては、入出力の線形性さえも確保することができなくなってしまう。

不都合なピーク電力値をクリッピングする方式では、ピーク部分のみが除去されるので、サブキャリア間の直交性が崩れ、シンボル間干渉が大きくなり、受信特性が劣化する虞がある。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、無線信号のピーク対平均電力比を抑制することの可能なＯＦＤＭ方式を使用する無線通信システム、送信機、受信機及び通信方法を提供することである。

本発明によれば、送信機と受信機を有する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の無線通信システムが提供される。前記送信機は、
逆フーリエ変換後の送信信号の振幅を調べる振幅測定手段と、
前記振幅測定手段による測定結果に基づいて、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号の振幅を調整する制御信号を出力する電力制御手段と、
前記複数の変調前信号に、前記制御信号の示す乗数を乗算する複数の乗算手段と
を備える。前記電力制御手段は、振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との積を算出し、前記制御信号を出力する。

本発明によれば、無線信号のピーク対平均電力比を抑制することが可能になる。

本発明の一態様によれば、振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との積を算出することで、制御信号が出力される。この制御信号により、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号の振幅が調整される。複数の変調前信号には、制御信号の示す乗数がそれぞれ乗算され、振幅が調整される。送信信号の各サブキャリアに関する成分がピーク電力に寄与するか否かに基づいて制御信号が作成されるので、ＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲを効果的に抑制することができる。

本発明の一態様によれば、電力制御手段が、前記振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との内積をサブキャリア毎に演算する。そして、該演算結果に応じて、変調前信号の各々に施される制御内容が、所定の制御内容の中から選択される。更に、内積の値が大きい場合には振幅を小さくする制御内容が選択され、内積の値が小さい場合には振幅を大きくする制御内容が選択される。これにより、ピーク電力を増やすことに寄与する信号成分を抑圧し、ピーク電力を減らすことに寄与する信号成分を強調することで効果的にピーク電圧を抑制することができるだけでなく、過剰に小さく振幅を調整してしまうことも抑制することができる。

本発明の一態様によれば、周波数領域でパイロット信号の挿入された信号の各々が、前記複数の乗算手段にそれぞれ入力される。これにより、電力制御量で重み付けされたパイロット信号を送信することができ、受信側で電力制御量を把握することが可能になる。

本発明の一態様によれば、周波数領域で第１のパイロット信号の挿入された信号の各々が、前記複数の乗算手段にそれぞれ入力され、周波数領域の第２のパイロット信号の各々が、前記複数の乗算手段の出力にそれぞれ挿入される。これにより、ＱＡＭ変調方式を採用する通信システムにて、第１及び第２のパイロット信号をスキャタード方式でフレームに挿入しても良好に通信をすることができる。

本発明の一態様によれば、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）方式で変調された信号が送信される。これにより、１種類しかないパイロット信号をスキャタード方式でフレームに挿入することが可能になる。また、第１及び第２のパイロット信号を送信する場合に、第２のパイロット信号の位相回転量に、任意の信号の内容を多重化して伝送することができる。

図５は、本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。無線送信機は、信号生成部５０２と、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）５０４と、高速逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ部）５０６と、並直列変換部（Ｐ／Ｓ）５０８と、ガードインターバル付加部（ＧＩ付加部）５１０と、アンテナ５１２とを有する。無線送信機は、ピーク抽出部５１４と、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）５１６と、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）５１８と、振幅制御部５２０と、複数の減算部５２２−１〜Ｎ_ｓ（但し、Ｎ_ｓはサブキャリア数）とを有する。

信号生成部５０２は、送信情報を表す信号を受信し、誤り訂正符号化、インターリーブ及びシンボルマッピング等の処理を行なう。

直並列変換部５０４，５１６は、入力された一連の信号系列を複数の並列的な信号に変換する。

高速逆フーリエ変換部５０６は、入力された複数のサブキャリア毎の信号を高速逆フーリエ変換し、時間領域の複数の信号に変換する。この変換は、ＯＦＤＭ変調とも呼ばれる。

並直列変換部５０８は、並列的な複数の信号を直列的な信号系列に変換する。

ガードインターバル付加部（ＧＩ付加部）５１０は、ＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを付加し、アンテナ５１２から送信される信号を作成する。

ピーク抽出部５１４は、ガードインターバルの付加される前の時間領域の送信信号Ｓ（ｔ）を受信し、その送信信号の振幅を調べる。ピーク抽出部５１４は、入力された送信信号Ｓ（ｔ）を所定のピーク閾値Ｅ_ｔｈと比較し、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを上回る場合はそのピーク閾値との差分を出力し、それを下回る場合はゼロ又はヌルシンボルを出力する。即ち、ピーク検出部５１４は、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを超える信号部分（時間部分）については
（Ｓ（ｔ）−Ｅ_ｔｈ）ｅｘｐ［ｊ｛ａｒｇ（Ｓ（ｔ））｝］
を出力し、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを越えない信号部分についてはゼロを出力する。ピーク抽出部５１４の出力は、時間領域のＯＦＤＭ信号Ｓ（ｔ）のうち、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを超える信号成分を表す。なお、ａｒｇ（ｚ）は、複素数ｚの位相角を表す。

高速フーリエ変換部５１８は、入力された複数の信号を高速フーリエ変換し、周波数領域の複数の信号に変換する。この変換はＯＦＤＭ復調とも呼ばれる。高速フーリエ変換部５１８による信号変換によって、時間領域で閾値Ｅ_ｔｈを超えることとなる信号が、周波数領域の信号に変換される。このようにして導出された周波数領域の信号を減算部５２２−１〜Ｎで、各送信信号から減算すれば、時間領域での信号の振幅を抑制することができる。しかしながら、何らの制限もなく、ＦＦＴ部５１８の出力を減算部５２２−１〜Ｎにて減算すると問題を生じる虞れがある。というのは、振幅を過剰に減少させると、例えば雑音の影響を受けやすくなり、信号品質を劣化させる虞が大きくなるからである。このため、振幅制御部５２０が設けられている。

振幅制御部５２０は、高速フーリエ変換部５１８の出力と、許容レベル閾値Ｄ_ｔｈとを比較する。ＦＦＴ部の出力が許容レベル閾値Ｄ_ｔｈより小さければそれをそのまま出力し、許容レベル閾値Ｄ_ｔｈより大きければゼロを出力する。振幅制御部５２０の複数の出力は、複数のサブキャリアに対応し、それらは減算部５２２−１〜Ｎにて減算される。減算部５２２−１〜Ｎにて減算される信号には、許容レベル閾値Ｄ_ｔｈ以下の振幅になるような処理が行なわれる。ピーク抽出部５１４におけるピークの抽出及び減算部５２２における減算を反復することで、適切にピークが抑制された信号を送信することができる。

図６は、本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。無線送信機は、信号生成部６０２と、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）６０４と、パイロット信号挿入部６０５と、パイロット信号生成部６０７と、高速逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ部）６０６と、並直列変換部（Ｐ／Ｓ）６０８と、ガードインターバル付加部（ＧＩ付加部）６１０と、アンテナ６１２とを有する。無線送信機は、ピーク抽出部６１４と、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）６１６と、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）６１８と、電力制御部６２０と、複数の乗算部６２２−１〜Ｎ_ｓ（但し、Ｎ_ｓはサブキャリア数）とを有する。

信号生成部６０２は、送信情報を表す信号を受信し、誤り訂正符号化、インターリーブ及びシンボルマッピング等の処理を行なう。

直並列変換部６０４，６１６は、入力された一連の信号系列を複数の並列的な信号に変換する。逆に、並直列変換部６０８は、並列的な複数の信号を直列的な信号系列に変換する。

パイロット信号挿入部６０５は、送信される信号にパイロット信号ｐ_１＝（ｐ_１（１），．．．，ｐ_１（Ｎ_ｓ））をサブキャリア毎に挿入する。パイロット信号の内容は、送信機及び受信機の双方で既知であり、パイロット信号は、既知信号、参照信号、トレーニング信号等として言及されることもある。パイロット信号は、パイロット信号生成部６０７にて生成される。

高速逆フーリエ変換部６０６は、入力された複数のサブキャリア毎の信号を高速逆フーリエ変換し、時間領域の複数の信号に変換する。

ガードインターバル付加部（ＧＩ付加部）６１０は、ＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを付加し、アンテナ６１２から送信される信号を作成する。

ピーク抽出部６１４は、ガードインターバルの付加される前の時間領域の送信信号を受信し、その送信信号の振幅を調べる。ピーク抽出部６１４は、入力された送信信号を所定のピーク閾値Ｅ_ｔｈと比較し、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを超える信号部分（時間部分）については
（Ｓ（ｔ）−Ｅ_ｔｈ）ｅｘｐ［ｊ｛ａｒｇ（Ｓ（ｔ））｝］
を出力し、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを越えない信号部分についてはゼロを出力する。ピーク抽出部６１４の出力は、時間領域のＯＦＤＭ信号Ｓ（ｔ）のうち、ピーク閾値を超える信号成分を表す。

高速フーリエ変換部６１８は、入力された複数の信号を高速フーリエ変換し、周波数領域の複数の信号に変換する。高速フーリエ変換部６１８による信号変換によって、時間領域で閾値Ｅ_ｔｈを超えることとなる信号が、周波数領域の信号に変換される。

電力制御部６２０は、高速フーリエ変換部６１８の出力ｐ_ｆ（ｎ）と、ＯＦＤＭ変調される前の変調前信号ｓ_ｆ（ｎ）とを受信する。ここで、ｐ_ｆ（ｎ）はピークに関連する周波数領域の信号成分を表し、上記のｐ_１（ｎ）は周波数領域のパイロット信号を表すことに留意を要する。ｎはサブキャリアを指定するパラメータであり、１≦ｎ≦Ｎ_ｓである。電力制御部６２０は、乗算部６２２−１〜Ｎの各々に電力制御量を示す制御信号Ｘ_１〜Ｘ_Ｎｓを与える。制御信号Ｘ_ｎは、次式に基づいて算出される：

ここで、Ｍ_ｎは、

により定められる量である。「・」で示される演算は、２つの複素信号の内積（スカラ積）をとることを示す。乗算部６２２−１〜Ｎ_ｓは、それらに入力される送信信号に、制御信号Ｘ_１〜Ｘ_Ｎｓの示す乗数を乗算し、それらの振幅をそれぞれ調整する。信号ｓ_ｆ（ｎ）及びｐ_ｆ（ｎ）は複素信号であるが、電力制御量は実数であり、乗算部６２２は実数を乗算することに留意を要する。

数式（２）によれば、Ｍ_ｎは、変調前の送信信号ｓ_ｆ（ｎ）とピークに関する信号ｐ_ｆ（ｎ）との内積に比例する。内積（ｓ_ｆ（ｎ）・ｐ_ｆ（ｎ））の値は、｜ｓ_ｆ（ｎ）｜×｜ｐ_ｆ（ｎ）｜×ｃｏｓ（α）と表現されるので、Ｍ_ｎの値は、
Ｍ_ｎ＝｜ｓ_ｆ（ｎ）｜×ｃｏｓ（α） ・・・（３）
と表される。αは２つの信号（ベクトル）間のなす角度を表す。電力制御量である制御信号Ｘ_ｎは、
Ｘ_ｎ＝１−｜ｐ_ｆ（ｎ）｜／（｜ｓ_ｆ（ｎ）｜ｃｏｓ（α）） ・・・（４）
と表される。内積（ｓ_ｆ（ｎ）・ｐ_ｆ（ｎ））の値が正（＋）であれば（ｃｏｓ（α）＞０、即ち｜α｜＜π／２ならば）、２つの信号の向きは少なくとも部分的に強め合う関係にある。言い換えれば、送信信号のそのサブキャリア成分ｓ_ｆ（ｎ）はピークを増やすことに寄与している。従ってこの場合は、１より小さな振幅を示す制御信号Ｘ_ｎを乗算部６２２−ｎに与え、１より小さな因子を送信信号ｓ_ｆ（ｎ）に乗じることでその送信信号を小さくする。逆に、内積の値が負（−）であれば（ｃｏｓ（α）＜０，｜α｜＞π／２且つ−π≦α≦π ならば）、２つの信号の向きは少なくとも部分的に弱め合う関係にある。言い換えれば、その送信信号ｓ_ｆ（ｎ）はピークを減らすことに寄与している。従ってこの場合は、１より大きな制御信号Ｘ_ｎを乗算部６２２−ｎに与え、１より大きな因子を送信信号ｓ_ｆ（ｎ）に乗じることでその送信信号を大きくする。このような制御信号を乗算部に与えることで、送信信号の内、ピークを増やすことに寄与する信号成分は小さく抑制され、ピークを減らすことに寄与する信号成分は大きく増やされ、ピーク電力が効果的に抑制されたＯＦＤＭ信号が生成される。なお、（４）式によれば、送信信号ｓ_ｆ（ｎ）とピーク成分の信号ｐ_ｆ（ｎ）とが直交するような関係にあるときは（αがπ／２程度であるときは）、制御信号Ｘ_ｎの大きさが過剰に大きくなることが懸念される。これを防止するには、ある閾値を設け、その閾値を超える制御信号を制限することが望ましい。

実施例１では、各サブキャリアに対応する信号ｓ_ｆ（ｎ）から、ピークを表す信号（ＦＦＴ部５１８からの出力）ｐ_ｆ（ｎ）を減算するにすぎないので、両信号間の位相は充分には考慮されていない。本実施例（実施例２）では、それらの信号の内積（ｓ_ｆ（ｎ）・ｐ_ｆ（ｎ））に基づいて電力制御量Ｘ_ｎを定めるので、両信号間の位相も考慮されている。従って、本実施例によれば、よりいっそう適切なピーク電力の抑制を行なうことができる。なお、本実施例でも、実施例１と同様に、ピーク抽出部６１４におけるピークの抽出及び電力制御部６２０等による電力調整を反復することで、適切にピークが抑制された信号を送信することができる。

以下、いくつかのパイロット信号の挿入例が説明される。図６のパイロット信号挿入部６０５で送信信号に挿入されるパイロット信号は、周波数方向及び時間方向のチャネル変動（又はフェージング）の様子を受信機にて推定するために使用される。また、一般に、低速の移動通信環境では、チャネル変動は時間方向よりも周波数方向の方が大きい。従って、チャネル変動の様子を正確に調べる観点からは、全てのサブキャリアにパイロット信号を挿入することが望ましい。一方、多くのパイロット信号を送信信号に挿入すると、その分だけ送信するデータ信号が少なくなってしまう。従って、データ伝送の観点からは、パイロット信号は少ない方が望ましい。

位相シフトキーイング（ＰＳＫ）のような変調方式では、シンボルマッピングにて振幅の大きさは変化しない。マッピングされるシンボル（信号）の振幅は全て等しく、互いの位相が異なるのみである。このような用途では、図７に示されるようなフレーム構成を採用することができ、一部のタイムスロット及び一部のサブキャリアにのみパイロット信号が挿入される。このパイロット信号には、データ信号とは異なり、ピーク低減用の電力制御は行なわれない。パイロット信号の挿入されたサブキャリア及びタイムスロットに関するチャネル推定値に基づいて補間を行なうことによって、パイロット信号の挿入されていないサブキャリア及びタイムスロットのチャネル推定が行なわれる。このようなフレーム構成は、スキャタードパイロットシンボル配置と呼ばれる。

直交振幅変調（ＱＡＭ）のような方式でシンボルがマッピングされる場合には、位相だけでなく振幅も変化する。このような用途では、パイロット信号の挿入されていない周波数区間及び時間区間のチャネル推定は困難になるので、全てのサブキャリアにパイロット信号が挿入される。

図８は、本発明の一実施例による送信機のブロック図を示す。この送信機は、振幅の変化し得る変調方式を採用する場合でも良好に使用することができる。送信機は、概して図６にて説明されたものと同様であるが、主に、パイロット信号挿入部６０５及びパイロット信号生成部６０７の代わりに、パイロット信号挿入部８０５及びパイロット信号生成部８０７が備わっている点で異なる。即ち、サブキャリア毎にパイロット信号の挿入された送信信号が、乗算部６２２−１〜Ｎ_ｓの各々に与えられる。従って、パイロット信号は、電力制御量Ｘ_ｎで重み付けされた後に送信される。この場合において、パイロット信号、データ信号及び送信電力の関係は、図９に示されるようなフレーム構成で行なわれる。あるタイムスロットｔ_Ａにおける全てのサブキャリアにパイロット信号ｐ_１（１）〜ｐ_１（８）（図示の例では、サブキャリア数Ｎ_ｓは８である。）が挿入されており、そのタイムスロットを含む複数のタイムスロット（図示の例では５つのタイムスロット）が同じ送信電力制御量で送信される。即ち、その５つのタイムスロットの中では制御信号Ｘ_１〜Ｘ_８は変化しない。別のタイムスロットｔ_Ｂにおける全てのサブキャリアにもパイロット信号ｐ_１（１）〜ｐ_１（８）が挿入されており、そのタイムスロットを含む複数のタイムスロットが同じ送信電力で送信される。この場合も、ｔ_Ｂ以降の５つのタイムスロットの中では制御信号Ｘ_１〜Ｘ_８は変化しないが、ｔ_Ｂより前に設定されていた制御信号とは異なっていてもよい。

図１０は、図６又は図８の電力制御部６２０に使用することの可能な代替例を示す。この例では、電力制御部は、入力された信号の複素共役を求める複数の複素共役部１００２−１〜Ｎ_Ｓと、入力される２つの複素信号の内積を計算する内積演算部１００４−１〜Ｎ_Ｓと、電力決定部１００６とを有する。ここで、Ｎ_ｓはサブキャリアの総数である。

内積演算部１００４−１〜Ｎ_Ｓは、送信信号ｓ_ｆ（１）〜ｓ_ｆ（Ｎ_ｓ）と、ピークを表す信号ｐ_ｆ（１）〜ｐ_ｆ（Ｎ_ｓ）との内積（ｓ_ｆ（ｎ）・ｐ_ｆ（ｎ））（１≦ｎ≦Ｎ_ｓ）をそれぞれ計算する。

電力決定部１００６は、サブキャリア毎に求められた内積の値に基づいて、制御信号Ｘ_１〜Ｘ_Ｎｓを決定し、乗算部の各々に与える。制御信号の内容は、信号の振幅をＡ１（＜１）倍すること、Ａ２（＞１）倍すること、不変にすること（１倍にすること）の中の何れかであり、それらの内の１つが内積の値に応じて選択される。Ａ１及びＡ２を表す量は予め設定されている。

上述したように、この内積（ｓ_ｆ（ｎ）・ｐ_ｆ（ｎ））は、送信信号のｎ番目のサブキャリア成分が、ＯＦＤＭ信号のピークを増やすように寄与しているか又は減らすように寄与しているかを示す。本実施例では、Ｎ_ｓ個の内積の値の内、上位Ｎ_ｘ１個のサブキャリア成分に対してはＡ１（＜１）倍する制御信号が選択される。下位Ｎ_ｘ２個のサブキャリア成分に対してはＡ２（＞１）倍する制御信号が選択される。残りのサブキャリア成分については不変にする制御信号が選択される。本実施例によれば、ピークを増やすように寄与する信号を抑制し、ピークを減らすように寄与する信号を増加させることができることに加えて、制御内容が事前に定められているので、振幅を過剰に変化させることを抑制することができる。

Ａ１倍及び／又はＡ２倍する個数（Ｎ_ｘ１，Ｎ_ｘ２）は、固定値にしてもよいし、通信状況に応じて逐次的に変更してもよい。後者の場合には、送信する信号を実際に形成してピーク電力を検査し、適切な電力制御量を求めてもよいし、実際に送信信号を形成せずに、振幅の変化量を推定して制御内容を決定してもよい。

そのような振幅の変化量については、例えば、内積が負の値をとる場合には、
｜内積｜×電力制御量Ｘ_ｎ＝｜内積｜×Ａ２
により評価することができる。また、内積が正の値をとる場合には、
｜内積｜÷電力制御量Ｘ_ｎ＝｜内積｜÷Ａ１
により評価することができる。このような振幅の変化量の指標を導入することで、振幅の変化量の総和をモニタすることが可能になり、例えば、総和が規定値を超えるまで、サブキャリア毎の電力制御を繰り返す動作を行なわせることができる。

本実施例によれば、各サブキャリアの送信電力制御とピーク低減効果を同時に行なうことができる。上記の例では、所定数Ａ１，Ａ２を用いて制御内容Ｘ_ｎを定めていたが、更に多くの所定数を用いて又はより少ない所定数を用いて制御内容を定めることも可能である。また、所定数Ａ１，Ａ２，Ｎ_ｘ１，Ｎ_ｘ２を適宜変更することも可能である。より一般的には、これら所定数に関する一覧テーブルを用意しておき、通信状況に応じてそれらの値を変化させることも可能である。

図１１は、図６又は図８のピーク抽出部６１４の代替例を示す図である。図示されているように、この例におけるピーク抽出部は、比較部１１０２と、スイッチ１１０４とを有する。比較部１１０２は、ガードインターバルの付加される前のＯＦＤＭ信号（Ｐ／Ｓ６０８からの出力）と、ピーク閾値Ｅ_ｔｈとを比較する。比較部１１０２は、比較結果に応じて制御信号１１０６を出力する。制御信号１１０６は、比較部１１０２に入力された信号が、ピーク閾値Ｅ_ｔｈを上回るか否かを示す。この制御信号に応じて、スイッチ１１０４の選択動作が制御される。図示の例では、Ｐ／Ｓ６０８からの信号がピーク閾値を上回る場合は、その信号をそのまま出力し、ピーク閾値を下回る場合はヌルシンボル（０＋ｊ０）を出力する。この点、ピーク閾値を上回る場合に、ピーク閾値との差分が出力されていた実施例２等の動作と異なる。ピークを表す信号が、ＦＦＴ部側へそのまま出力されるので、Ｐ／Ｓ６０８からの信号とピーク閾値との減算処理を行なわなくてもよい。本実施例による手法が採用される場合に、実施例２に示される手法を使用することで、送信信号を過剰に調整してしまうことが懸念されるときには、実施例４に示されるような手法を採用することが望ましい。

図１２は、本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。図６に関して説明した無線送信機に加えて、第２のパイロット信号生成部８０７及び第２のパイロット信号挿入部８０５が設けられている。本実施例は、振幅を変化させずにマッピングを行なうＰＳＫ変調だけでなく、振幅を変化させる変調方式にも適用されることが可能である。以下の例では、ＱＡＭのような振幅変調方式が採用されているものとする。本実施例では、周波数領域の第１のパイロット信号の各々が、複数の乗算部６２２−１〜Ｎ_ｓの出力にそれぞれ挿入され、周波数領域の第２のパイロット信号の挿入された信号の各々が、複数の乗算部６２２−１〜Ｎ_ｓの入力にそれぞれ与えられる。第１及び第２のパイロット信号の信号パターン等の信号内容は同じであってもよいし、異なっていてもよい。送信機及び受信機の双方で既知であればよいからである。

図１３は、パイロット信号の別の挿入例を示す。この例では、サブキャリアが３つにグループ分けされ、時間軸方向は５つのタイムスロット毎にグループ分けされ、各グループ毎にピーク電力が抑制される。例えば、ブロックｇ_１〜ｇ_６の各々について、図１０（実施例４）に関して説明したような電力制御量を示す制御信号Ｘ_ｎが算出され、その周波数ブロック内でピーク電力が抑制される。第１のパイロット信号の挿入間隔は、例えば、（ＦＦＴポイント数）／（インパルス応答長）で定まる間隔以下とすることが可能である。第２のパイロット信号は、例えば、共通する電力制御量を使用するグループ毎に挿入される。

図１４は、受信機のチャネル推定に関する部分概略図を示す。図１２に示されるような送信機が、図１３に示されるようなフレーム構成に従って信号を送信するものとする。受信機は、部分チャネル推定部１５０２と、第１のパイロット信号生成部１５０４と、補間部１５０６と、等価チャネル推定部１５０８と、電力制御量推定部１５１０と、第２のパイロット信号生成部１５１２とを有する。

部分チャネル推定部１５０２では、グループ分けされた１つのグループｇ_ｉについて、チャネル推定が行なわれる。このチャネル推定には、受信信号中の第１のパイロット信号が使用される。第１のパイロット信号は、図１２の乗算部６２２の出力に挿入されるので、電力制御量で重み付けされていない。従って、第１のパイロット信号の挿入されたサブキャリア及びタイムスロットに関する推定結果に基づいて、この周波数グループ内のサブキャリア全体にわたってチャネル推定値ｈ（ｎ）が補間部１５０６にて補間される。各サブキャリアに関するチャネル推定値は、等価チャネル推定部１５０８に与えられる。一方、ＦＦＴ部からの出力信号は、電力制御量推定部１５１０にも与えられる。第２のパイロット信号は、図１２の乗算部６２２に入力される前に既に送信信号に挿入されているので、第２のパイロット信号は電力制御量Ｘ_ｎで重み付けされた後に送信される。電力制御量推定部１５１０は、受信信号中の第２のパイロット信号に基づいて、その周波数グループｇ_ｉに関する電力制御量Ａ（ｇ_ｉ（Ｘ_ｎ））を推定する。電力制御量は等価チャネル推定部１５０８に与えられる。等価チャネル推定部は、この電力制御量Ａ（ｇ_ｉ（Ｘ_ｎ））と推定値ｈ（ｎ）との積を等価チャネル推定値として出力する。以後、受信機では、送信情報を含むデータ信号が、この等価チャネル推定値の影響を受けて受信されたものとみなし、更なる復調処理が行なわれる。尚、電力制御量推定部１５０８は、上記の手法で等価チャネルを求める代わりに、
ｈ_２（ｎ）ｅｘｐ（ｊΘ）
を出力してもよい。但し、Θは、｛｜ｈ_１（ｎ）｜ａｒｇ（ｈ_１（ｎ））＋｜ｈ_２（ｎ）｜ａｒｇ（ｈ_２（ｎ））｝／（｜ｈ_１（ｎ）｜＋｜ｈ_２（ｎ）｜）である。ｈ_１（ｎ）は、第１のパイロット信号によるチャネル推定値を示し、ｈ_２（ｎ）は第２のパイロット信号によるチャネル推定値を表す。ａｒｇ（ｚ）はｚの位相角を示す。ａｒｇ（ｈ_１（ｎ））とａｒｇ（ｈ_２（ｎ））は、理想的には同じ値を示すが、実環境では雑音の影響により異なる値になり得る。チャネル推定値ｈ_１（ｎ）及びｈ_２（ｎ）の位相角の重み付け平均値を、正しい位相角Θとすることで、より高精度なチャネル推定結果が得られる。

ところで、第２のパイロット信号ｐ_２（ｎ）により受信機に通知される電力制御量Ｘ_ｎに関する情報は、第１，第２のパイロット信号ｐ_１（ｎ），ｐ_２（ｎ）の絶対値から求められる（Ｘ_ｎ＝｜ｐ_２（ｎ）｜／｜ｐ_１（ｎ）｜）。即ち、第２のパイロット信号の位相部分は、電力制御量Ｘ_ｎを伝送することには使用されない。本実施例では、第２のパイロット信号の位相回転量に、ＰＳＫ変調されたデータ信号が多重化される。

図１５は、そのようなＰＳＫ変調された信号を生成する機能を備えた信号生成部のブロック図を示す。この信号生成部は、図１６にて参照番号６０２’で示されるような要素として使用される。図示されているように、送信情報は、適切な符号化及びインターリーブの処理がなされた後に、分離部に入力される。分離部は、入力された信号を、通常のデータ信号として送信される信号と、第２のパイロット信号に多重化されて送信される信号とに分離する。前者は主変調部に入力され、ＱＡＭ方式やＰＳＫ方式等のような任意の変調方式で変調される。後者の信号は、副変調部に入力され、ＰＳＫ方式で変調される。副変調部における変調は、ＰＳＫ方式でなければならない。変調される信号の内容は、第２のパイロット信号の位相回転量として伝送されるからである。但し、任意の多値数を使用することができる。従って、例えば、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）のような信号品質を示す値に応じて、４ＰＳＫ，８ＰＳＫ，１６ＰＳＫ等のように多値数が変更されてもよい。受信機の側では、第２のパイロット信号の位相回転量から検出された符号化ビットと、それ以外のデータ信号から検出された符号化ビットとを多重化し、デインターリーブ及び誤り訂正符号化を行なうことで、送信情報を検出することができる。

ＯＦＤＭ方式の送信機の概略ブロック図を示す。 ＯＦＤＭ方式の受信機の概略ブロック図を示す。 ＯＦＤＭ信号を示す図である。 電力増幅器の入出力特性を示す図である。 本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。 本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。 フレーム構成の一例を示す図である。 本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。 フレーム構成の一例を示す図である。 電力制御部に使用することの可能な代替例を示す図である。 ピーク抽出部に使用することの可能な代替例を示す図である。 本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。 フレーム構成の一例を示す図である。 受信機のチャネル推定に関する部分概略図である。 本発明の一実施例による信号生成部のブロック図を示す。 本発明の一実施例によるＯＦＤＭ方式の無線送信機のブロック図を示す。

符号の説明

５０２ 信号生成部； ５０４，５１６ 直並列変換部； ５０６ 高速逆フーリエ変換部； ５０８ 並直列変換部； ５１０ ガードインターバル付加部； ５１２ アンテナ； ５１４ ピーク抽出部； ５１８ 高速フーリエ変換部； ５２０ 振幅制御部； ５２２−１〜Ｎ_ｓ 減算部；
６０２ 信号生成部； ６０４，６１６ 直並列変換部； ６０５ パイロット信号挿入部； ６０７ パイロット信号生成部； ６０６ 高速逆フーリエ変換部； ６０８ 並直列変換部； ６１０ ガードインターバル付加部； ６１２ アンテナ； ６１４ ピーク抽出部； ６１８ 高速フーリエ変換部； ６２０ 電力制御部； ６２２−１〜Ｎ_ｓ 乗算部；
８０５ パイロット信号挿入部； ８０７ パイロット信号生成部；
１００２−１〜Ｎ_ｓ 複素共役部； １００４−１〜Ｎ_ｓ 内積演算部； １００６ 電力決定部；
１１０２ 比較部； １１０４ スイッチ；
１５０２ 部分チャネル推定部； １５０４ 第１のパイロット信号生成部； １５０６ 補間部； １５０８ 等価チャネル推定部； １５１０ 電力制御量推定部； １５１２ 第２のパイロット信号生成部

Claims (9)

1. 送信機と受信機を有する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の無線通信システムであって、前記送信機は、
   逆フーリエ変換後の送信信号の振幅を調べる振幅測定手段と、
   前記振幅測定手段による測定結果に基づいて、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号の振幅を調整する制御信号を出力する電力制御手段と、
   前記複数の変調前信号の振幅に、前記制御信号の示す乗数を乗算する複数の乗算手段と
   を備え、前記電力制御手段は、前記振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との積に基づいて、前記制御信号を出力する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の無線送信機であって、
   逆フーリエ変換後の送信信号の振幅を調べる振幅測定手段と、
   前記振幅測定手段による測定結果に基づいて、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号の振幅を調整する制御信号を出力する電力制御手段と、
   前記複数の変調前信号に、前記制御信号の示す乗数を乗算する複数の乗算手段と
   を備え、前記電力制御手段は、前記振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との積を算出し、前記制御信号を出力する
   ことを特徴とする無線送信機。
3. 前記電力制御手段が、前記振幅測定手段の出力のフーリエ変換後の信号と、複数の変調前信号との内積をサブキャリア毎に演算し、
   該演算結果に応じて、変調前信号の各々に施される制御内容が、所定の制御内容の中から選択される
   ことを特徴とする請求項２記載の無線送信機。
4. 更に、内積の値が大きい場合には振幅を小さくする制御内容が選択され、内積の値が小さい場合には振幅を大きくする制御内容が選択される
   ことを特徴とする請求項３記載の無線送信機。
5. 周波数領域でパイロット信号の挿入された信号の各々が、前記複数の乗算手段にそれぞれ入力される
   ことを特徴とする請求項２記載の無線送信機。
6. 周波数領域で第１のパイロット信号の挿入された信号の各々が、前記複数の乗算手段にそれぞれ入力され、周波数領域の第２のパイロット信号の各々が、前記複数の振幅乗算手段の出力にそれぞれ挿入される
   ことを特徴とする請求項２記載の無線送信機。
7. 前記振幅測定手段が、所定の閾値を上回る信号を出力する
   ことを特徴とする請求項２記載の無線送信機。
8. 前記振幅測定手段が、入力された信号と所定の閾値との差分を出力する
   ことを特徴とする請求項２記載の無線送信機。
9. 直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の無線送信機が、
   逆フーリエ変換後の送信信号の振幅を閾値と比較し、
   閾値を超える送信信号のフーリエ変換後の信号と、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆フーリエ変換前の変調前信号との積を算出し、複数の変調前信号の振幅を調整する制御信号を出力し、
   前記複数の変調前信号に、前記制御信号の示す乗数を乗算し、
   前記乗数の乗算される前の複数の信号に第２のパイロット信号がそれぞれ挿入され、周波数領域の第１のパイロット信号の各々が、前記制御信号の示す乗数の乗算された後の信号にそれぞれ挿入される場合に、
   受信した第１のパイロット信号に基づいて、全サブキャリアに関するチャネル推定値を求め、
   受信した第２のパイロット信号に基づいて、送信信号の電力制御量を求める
   ことを特徴とする無線受信機。
   

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