JP2006165781A

JP2006165781A - 直交周波数分割多重通信方法及び装置

Info

Publication number: JP2006165781A
Application number: JP2004351383A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Tanaka; 將義田中; Munetoshi Tsuchida; 宗利土田
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】少ないハードウエアあるいはメモリ容量でＰＡＰＲを軽減することができを改善することができる直交周波数分割多重通信方法及び装置を提供すること。
【解決手段】直交周波数分割多重通信装置を信号源１１からの信号を直並列変換してクラスタ分けする直並列変換手段１２と、直並列変換手段でクラス分けされた各信号を位相制御する位相制御手段１３−１〜１３−ｍと、位相制御された各信号を並列並列変換する並列合成手段１４と、並列合成された信号に逆フーリエ変換を施す逆フーリエ変換手段１５とを備えて構成した。位相制御手段１２は逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）で位相制御行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、直交周波数分割多重通信方法及び装置に係り、特にＰＡＰＲを低減することができる直交周波数分割多重通信方法及び装置に関する

周波数利用効率が高く，マルチパス干渉（ゴースト障害）に強い特徴を有するＯＦＤＭ通信（直交周波数分割多重通）は，高速通信を実現する方式として注目されており，ディジタルオーディオ放送（ＤＡＢ），地上ディジタル放送，高速無線ＬＡＮあるいはＡＤＳＬ等で実用化されている。

しかし，お互いに直交関係にある多数キャリアを含むため，包絡線はレイリー分布となり，平均値に対するピーク値の比（ＰＡＰＲ）が大きくなる。このため増幅器には，混変調歪みによる特性劣化を避けるため，広いダナミックレンジにわたり高い線形性が要求される。

一方，電力増幅器において広いダイナミックレンジで線形性を確保するために，動作点をバックオフすることが行なわれるが，電力効率が低下する問題がある。従って，０ＦＤＭ通信における電力増幅器の高効率動作実現が重要課題となっており，種々の検討が行なわれている（非特許文献１）。

直交周波数分割多重通信（ＯＦＤＭ：ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）は，情報シンボルを多数のキャリアに分割して伝送するマルチキャリア伝送方式の一つであり，情報シンボルをＱＰＳＫやＱＡＭ等により複数の直交するキャリアで変調し，周波数軸上にシンボル長の逆数となる間隔で配列したものである。各々のキャリアは直交しているために，隣接チャンネル間の周波数間隔を縮小することが可能となる。この変調操作をＤＳＰを用いて逆ディジタルフーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理することにより複数の波を周波数軸上に一括配列することができる。
ＯＦＤＭ変調波ならびにピーク電力と平均電力の比であるＰＡＰＲ（ＰｅａｋｔｏＡｖｅｒａｇｅＰｏｗｅｒＲａｔｉｏ）ならびに補累積分布関数ＣＣＤＦは次式で与えられる。ここで、キャリア数Ｎ、シンボル周期Ｔ_ｓ、サンプリング間隔ΔＴ＝Ｔ_ｓ／Ｎ、各サンプル点ｔ＝ｎΔＴとする。

図７に従来の直交周波数分割多重通信装置を示す。この直交周波数分割多重通信装置は、ＰＴＳ方式を採用するものであり，情報源２１からのデータを直並列変換しＭ個のクラスタ分けする直並列変換手段２２と、クラスタ分けされた信号を、ディジタル逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を行なうＭ個の逆フーリエ変換手段２３−１〜２３−ｍと、逆フーリエ変換された信号の位相制御処理を行なう位相制御手段２４−１〜２４―ｍ、及び並列合成手段２５とからなる。

本例は、情報源２１からの信号を直並列変換手段２２、逆フーリエ変換手段２３−１〜２３−ｍ２、位相制御手段２４−１〜２４−ｍ、並列合成手段２５の順で処理することにより直交周波数分割多重通信信号を出力する。また、本例は上述のような構成によりＰＡＰＲを低減するものである。
「Ｐｅａｋ−ｔｏ−ＡｖｅｒａｇｅＰｏｗｅｒＲａｔｉｏＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｎＯＦＤＭＳｉｇｎａｌＵｓｉｎｇＰａｒｔｉａｌＴｒａｎｓｍｉｔＳｅｑｕｅｎｃｅｓ」ＩＥＥＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＬＥＴＴＥＲＳ．ＶＯＬ．４．ＮＯ３．ＭＡＲＣＨ２０００

しかしながら上述した従来の直交周波数分割多重通信装置では，Ｍ個のＮサイズＩＦＦＴの演算処理が必要となりハードウエアおよびメモリ容量が増加することとなる。また、このような直交周波数分割多重通信方法にあっては、さらなる高効率動作の実現と、ＰＡＰＲの低減が求められている。そこで本発明は、少ないードウエアおよびメモリ容量でＰＡＰＲを軽減することができを改善することができる直交周波数分割多重通信方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る直交周波数分割多重通信方法及び装置は情報源を直並列変換によりクラスタ分けし、ＩＦＦＴ処理を行なう前の入力信号の位相制御により、ＰＡＰＲの低減を図ることとしている。そしてＰＡＰＲが低減できる最適位相決定の計算を逐次決定法ｆｌｉｐｐｉｎｇによりソフト的に実施することとしたものである。

請求項１の発明は、直交周波数分割多重通信方法において、信号源からの信号を直並列変換してクラスタ分けし、このクラス分けされた各信号を位相制御した後並列並列変換し、並列並列変換した信号に逆フーリエ変換を行なう特徴とする直交周波数分割多重通信方法である、

請求項２の発明は、請求項１の直交周波数分割多重通信方法において、位相制御は逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）で行なうことを特徴とする。

請求項３の発明は、直交周波数分割多重通信装置において、信号源からの信号を直並列変換してクラスタ分けする直並列変換手段と、直並列変換手段でクラス分けされた各信号を位相制御する位相制御手段と、位相制御された各信号を並列並列変換するする並列合成手段と、並列合成された信号に逆フーリエ変換を施す逆フーリエ変換手段と、を備えた。

請求項４の発明は、請求項４の直交周波数分割多重通信装置において、位相制御手段は逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）で位相制御行なうことを特徴とする。

本発明によれば、少ないハードウエア及びメモリ容量でほぼ同程度にＰＡＰＲを低減することができ、さらに、さらにビット誤り率（ＢＥＲ）特性を改善することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。図１は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置の構成を示すブロック図である。この直交周波数分割多重通信装置は、情報源１１からのデータを直並列変換しＭ個のクラスタ分けする直並列変換手段１２と、クラスタ分けされた各信号の位相制御処理を行なう位相制御手段１３−１〜１３―ｍと、位相処理された信号を並列合成する並列合成手段１４と、並列合成された信号をディジタル逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理する逆フーリエ変換手段１５とからなる。

本例は、情報源１１からの信号を直並列変換手段１２、位相制御手段１３−１〜１３−ｍ、並列合成手段１４、逆フーリエ変換手段１５の順で処理することにより直交周波数分割多重通信信号を出力する。また、本例は上述のような構成によりＰＡＰＲを低減するものである。

本例では、情報源を直並列変換しクラスタ分けし，ＩＦＦＴ処理を行なう前の入力信号の位相を制御することにより、ＰＡＰＲの低減を行なうものである。ＩＦＦＴ処理部は一箇所のみであり、ＰＴＳ法に比べて格段に規模の小さいＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）およびメモリで実現できる。

ところで最もＰＡＰＲが低減できる最適の位相を決定しようとすると計算量が膨大になる。従って本例では、少ない計算量で位相を決定できる逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ：非特許文献１参照）を用いた。

このアルゴリズムを１）〜４）に示す。ｘ（ｔ）の位相を制御した入力信号ｙ（ｔ）は、上記式（１）を用いて以下の式で表される。

ただしｂｋは重み関数であり、位相変化無しは１、１８０°位相変化は−１とする。
１）ｂ_ｋ＝１とし、ＰＡＰＲ_１を計算
２）ｂ_０＝１としてＰＡＰＲ_２を計算
３）ＰＡＰＲ_２＞ＰＡＰＲ２ならばｂ_０＝−１を保持
ＰＡＰＲ_１＞ＰＡＰＲ２ならばｂ_０＝１とする。

この操作をｋ＝０からｋ＝Ｎ−１まで繰り返し行な、最小のＰＡＰＲとなる｛ｂｋ｝を求める。

また、本例では，一次変調方式に四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）を採用した。キャリア数が６４，１２８，２５６について、ＰＡＰＲの状態を求めた。

図２は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数６４でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフ、図３は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数１２８でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフ、図４は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数２５６でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフ、これらは、それぞれのキャリア数でのＯＦＤＭ信号波の発生確率の補累積分布関数（ＣＣＤＦ）を示す。また、従来で示したＰＴＳ法の特性及び処理無しの特性も合わせて表示する。各図によれば、それぞれ従来例と本例とはほぼ同様の特性を示している。また、特性キャリア数６４，１２８で約３ｄＢ、キャリア数２５６で約２．５ｄＢの改善が確認できた。

次にクラスタ数の依存性について説明する。図５は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のクラスタ数変化に伴うＰＡＰＲの特性の変化を示すグラフである。本図はＯＦＤＭ言号波のキャリア数６４の時，クラスタ数２，４，６，８について特性を示した。本図によれば、クラスタ数を増加させるに従い，大きいＰＡＰＲを持つ信号の発生確率が小さくなることがわかる。しかし，ＰＡＰＲ＝６ｄＢの信号の発生確率は依然として大きいこともわかる。

次にＢＥＲについて説明する。図６は本発明に係る直交周波数分割多重通信装置の非線形伝送路におけるキャリア数２５６、クラスタ数１６でのＢＥＲ特性を示すグラフである。本図はキャリア数２５６のＯＦＤＭ変調に本方式のＰＡＰＲ低減法を適用した場合の非線形増幅時のＢＥＲ特性を示す。

ビット誤り率１０ｅ−３で比較した場合０．５ｄＢ程度の改善をみた。また、非線形の影響が顕著になる高いＣ／Ｎ値においては、本例では場合エラーフロアが消滅し，改善効果が確認できた。

以上説明したように本例によれば、増幅器の非線形特性により発生する混変調歪の軽減を目的としてＰＡＰＲを低減することができた。この結果ＩＦＦＴ処理を行なう前の一次変周波をクラスタに分けｆｌｉｐｐｉｎｇを用いてＰＡＰＲが小さくなるように位相を制御することにより、従来に比較して，少ないードウエアおよびメモリ容量でほぼ同程度にＰＡＰＲを低減することが可能となった。

なお、本例は、ディジタルオーディオ放送、地上波ディジタル放送、高速無線ＬＡＮなど有線、無線を問わず、あらゆるタイプの送信装置に採用することができる。

本発明に係る直交周波数分割多重通信装置の構成を示すブロック図である。本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数６４でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフである。本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数１２８でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフである。本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のキャリア数２５６でのＰＡＰＲの改善特性を示すグラフである。本発明に係る直交周波数分割多重通信装置のクラスタ数変化に伴うＰＡＰＲの特性の変化を示すグラフである。本発明に係る直交周波数分割多重通信装置の非線形伝送路におけるキャリア数２５６、クラスタ数１６でのＢＥＲ特性を示すグラフである。従来の直交周波数分割多重通信装置の一例を示す図である。

符号の説明

１１情報源
１２直並列変換手段
１３−１〜１３−ｍ位相変換手段
１４並列合成手段
１５逆フーリエ変換手段

Claims

信号源からの信号を直並列変換してクラスタ分けし、このクラス分けされた各信号を位相制御した後並列並列変換し、並列並列変換した信号に逆フーリエ変換を行なうことを特徴とする直交周波数分割多重通信方法。
位相制御は逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）で行なうことを特徴とする請求項１の直交周波数分割多重通信方法。
信号源からの信号を直並列変換してクラスタ分けする直並列変換手段と、
直並列変換手段でクラス分けされた各信号を位相制御する位相制御手段と、
位相制御された各信号を並列並列変換するする並列合成手段と、
並列合成された信号に逆フーリエ変換を施す逆フーリエ変換手段と、を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重通信装置。
位相制御手段は逐次決定法（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）で位相制御行なうことを特徴とする請求項４の直交周波数分割多重通信装置。