JP2006295756A

JP2006295756A - ディジタル変調装置及びその方法、ディジタル復調装置及びその方法

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Publication number: JP2006295756A
Application number: JP2005116575A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Harada; 政明原田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】フェージング等による通信特性の劣化を軽減するディジタル変調装置、復調装置及びその方法を提供する。
【解決手段】ディジタル変調装置１０は、送信する２進数の入力データをグループ化し、そのグループに基づいて複数のシンボルで構成される系列を選択して写像するマッパ１１と、マッパ１１の出力である時間方向に並ぶ系列を並列に配置する直並列変換器１２と、直並列変換器１２の出力である並列に配置された系列にわたって、シンボルの順序について所定の入れ替え規則により入れ替えを行うインターリーバー１３と、インターリーバー１３の出力である入れ替えられた系列を変調多重化するための逆離散フーリエ変換器１４と、逆離散フーリエ変換器１４の出力である変調多重化された並列に配置された信号を時間方向に並ぶ信号に変換する並直列変換器１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システムに関し、特にインターリーブを適用したディジタル変復調装置及びその方法に関する。

従来、無線通信周波数チャネルを介して情報ビットを変調する方法において、さまざまな方法が提案されている。従来のディジタル変調方法は、多数の情報ビットをグループ化し、そのグループ化した情報ビットに基づいて、系列セットからＮシンボルを有する系列を選択し、選択した系列に従って少なくとも１つのキャリア信号の位相を変調している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１５８２８号公報

しかし、無線通信においては、障害物などによる反射、散乱などにより複数の信号が受信され、フェージングとよばれる現象が発生することがある。このような通信環境では、複数のシンボル区間にわたって受信電力が低下してしまう現象が生じ、従来技術に係るディジタル変調方法では、その区間のシンボルの受信電力が低下してしまい、系列の受信電力が低下する。その結果、送信機で情報ビットに基づいて選択された系列と他の系列との判定が難しくなり、通信性能の劣化が引き起こされる。

そこで、本発明は、このようなフェージング等による通信特性の劣化を軽減するディジタル変調装置、復調装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明に係るディジタル変調装置は、複数の情報ビットをグループ化するグループ化手段と、前記グループに基づいて、複数のシンボルで構成される系列を選択する選択手段と、前記シンボルの順序について、複数の前記系列にわたって所定の入れ替え規則によりインターリーブを適用するインターリーブ手段と、前記インターリーブ後の系列に従って少なくとも１つのキャリア信号を変調する変調手段とを備えることを特徴とする。

さらに、前記インターリーブは周波数方向へのインターリーブであることを特徴とする。また、前記インターリーブは時間方向へのインターリーブであることを特徴とする。また、前記インターリーブは空間方向へのインターリーブであることを特徴とする。

また、前記系列において一部のみに前記シンボルが存在することを特徴とする。

また、前記変調手段には直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いることを特徴とする。

本発明に係るディジタル変調方法は、複数の情報ビットをグループ化するステップと、前記グループに基づいて、複数のシンボルで構成される系列を選択するステップと、前記シンボルの順序について、複数の前記系列にわたって所定の入れ替え規則によりインターリーブを適用するステップと、前記インターリーブ後の系列に従って少なくとも１つのキャリア信号を変調するステップとを含むことを特徴とする。

また、前記変調するステップでは直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いることを特徴とする。

本発明に係るディジタル復調装置は、受信信号を復調する復調手段と、前記復調された信号のシンボルの順序について、複数の系列にわたって所定の入れ替え規則によりデインターリーブを適用するデインターリーブ手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係るディジタル復調方法は、受信信号を復調するステップと、前記復調された信号のシンボルの順序について、複数の系列にわたって所定の入れ替え規則によりデインターリーブを適用するステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係るディジタル変調装置、復調装置及びその方法によれば、ディジタル変調装置（送信機）において、シンボルの順序について、複数の系列にわたって所定の入れ替え規則に基づいて入れ替えることによって、フェージングの影響等によりある区間にわたって受信電力が低下する状況が発生した場合においても、ディジタル復調装置（受信機）において前記所定の入れ替え規則に基づいてその順序をもとに戻すことにより、受信電力の低下したシンボルが系列内で連続してしまっても復号時に誤りが発生して性能が劣化する可能性を低くすることができる。すなわち、フェージング等による通信特性の劣化の影響を極めて軽減できる。

また、変調手段に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いることにより、特に並列に配置された系列の全体にわたって大きく入れ替えることによって、フェージング等により特定のチャンネルや時間区間にわたって受信電力が低下してしまい、時間的に連続したシンボルが影響を受けてしまっても、ディジタル復調装置におけるデインターリーバーにより順序の逆入れ替えが行われ、当初の順序に戻るため、影響を受けたシンボルの位置が分散することで、誤り訂正が可能となる場合が増えるので、通信特性の劣化を軽減する効果が大きくなる。

また、送信手段に送信ダイバーシチを用いることにより、アンテナへ割り当てるシンボルの配列を入れ替える、いわゆる空間方向へのインターリーブを適用することによって、あるアンテナから送られる信号の受信電力が低下してしまった場合においても、ディジタル復調装置におけるデインターリーバーにより順序の逆入れ替えが行われ、当初の順序に戻るため、影響を受けたシンボルの位置が分散することで、誤り訂正が可能となる場合が増えるので、通信特性の劣化を軽減する効果が大きくなる。

また、一部の位置のみに送信すべきシンボルが存在し、その他の位置にはシンボルが存在せず信号を送らない区間とするような構成を有する系列について、インターリーブを適用し、所定の入れ替え規則によりシンボルの順序が入れ替えることにより、シンボルが時間領域において拡散することになるので、さらにフェージング等による通信特性の劣化の影響を極めて軽減できる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明を行う。

図１は、本発明の実施例１に係るディジタル変調装置のブロック図である。ディジタル変調装置１０は、送信する２進数の入力データをグループ化し、そのグループに基づいて複数のシンボルで構成される系列を選択して写像するマッパ１１と、マッパ１１の出力である時間方向に並ぶ系列を並列に配置する直並列変換器１２と、直並列変換器１２の出力である並列に配置された系列にわたって、シンボルの順序について所定の入れ替え規則により入れ替えを行うインターリーバー１３と、インターリーバー１３の出力である入れ替えられた系列を変調多重化するための逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transformer）１４と、逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ）１４の出力である変調多重化された並列に配置された信号を時間方向に並ぶ信号に変換する並直列変換器１５と、並直列変換器１５の出力である時間信号に従ってキャリア信号を変調する変調手段等を備えている。

図２は、本発明の実施例１に係るディジタル復調装置のブロック図である。ディジタル復調装置２０は、ディジタル変調装置１０から送信された信号を受信し、受信した時間信号を並列に配置する直並列変換器２１と、直並列変換器２１の出力である並列に配置された信号を復調するための離散フーリエ変換器（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transformer）２２と、ディジタル変調装置１０におけるインターリーバー１３での所定の入れ替え規則に基づいて、離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）２２の出力である並列に配置された系列の順序の逆入れ替えを行うことにより当初の順序に戻すためのデインターリーバー２３と、デインターリーバー２３の出力である順序を戻された並列に配置された系列を時間方向に並ぶ系列に変換する並直列変換器２４と、並直列変換器２４の出力である時間方向に並ぶ系列を、ディジタル変調装置１０におけるマッパ１１での写像に基づいて２進数のデータへ逆写像する逆マッパ２５等を備えている。その後、逆マッパ２５の出力信号について判定処理・誤り検出処理・誤り訂正処理等を行う。

図３は、本発明に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。図３(ａ)に示すように入力データ１は、送信する２進数のデータが時間方向に並んだものである。マッパ１１は、入力データ１を並んでいる順序に従って４ビットずつにグループ化する。次に、マッパ１１は、その各グループに基づいて１６個のシンボルで構成される系列を選択して、図３(ｂ)に示すような時間方向に並ぶ系列２に写像する。本実施例では、１つの系列あたり４ビットの情報をもつように設定しているので、４ビットの情報がそれぞれ１つの系列に写像される。

時間方向に並んでいるシンボルの順序を、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５・・・とする。時間方向に並ぶ系列２は、直並列変換器１２により、図３(ｃ)に示すような並列に配置された系列３に変換される。すなわち、本実施例では、６４個のシンボルが並列に並ぶことになる。すなわち、並列に配置された系列３の１列目３ａにはＳ１〜Ｓ６４が、２列目３ｂにはＳ６５〜Ｓ１２８が並ぶ。３列目以降も同様である。

次に、インターリーバー１３は並列に配置された系列３の全体にわたって、シンボルの順序についてあらかじめ設定しておいた所定の入れ替え規則により入れ替えを行い、例えば図３(ｄ)に示すような並列に配置されたインターリーブ後の系列４が生成される。すなわち、インターリーブ後の系列４の１列目４ａには一例として示したように６４個のシンボルであるＳ７３，Ｓ１６１，Ｓ６７，Ｓ２２１・・・が、２列目４ｂにはＳ３１５，Ｓ１１２，Ｓ５０１，Ｓ３３・・・がそれぞれ並列に並んでいる。３列目以降も所定の入れ替え規則により順序が入れ替えられているが図では省略している。なお、図３(ｃ)の並列に配置された系列３において、各列の中でインターリーブを行う必要はない。

次に、逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ）１４は、入れ替えられた系列を変調多重化するものであり、本実施例１においては直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信方式を採用している。変調多重化された信号は送信信号としてアンテナから送信される。

なお、上記のインターリーバー１３における所定の入れ替え規則にはほとんど制約を設けていないので、行方向のみの入れ替え等のどのような入れ替え規則であっても構わない。特に、並列に配置された系列３の全体にわたって大きく入れ替えることによって、フェージング等により特定のチャンネルや時間区間にわたって受信電力が低下してしまい、時間的に連続したシンボルが影響を受けてしまっても、上記で述べたようにディジタル復調装置におけるデインターリーバーにより順序の逆入れ替えが行われ、当初の順序に戻るため、影響を受けたシンボルの位置が分散することで、誤り訂正が可能となる場合が増えるので、通信特性の劣化を軽減する効果が大きくなる。

なお、インターリーバー１３におけるインターリーブの方式には、周波数方向へのインターリーブのみを適用する方式や、時間方向へのインターリーブのみを適用する方式や、その両方を適用する方式が考えられる。

図４は、本発明の実施例２に係るディジタル変調装置のブロック図であり、送信ダイバーシチシステムを示している。送信ダイバーシチシステムにおけるディジタル変調装置３０は、送信する２進数の入力データをグループ化し、そのグループに基づいて複数のシンボルで構成される系列を選択して写像するマッパ３１と、系列にわたって、シンボルの順序について所定の入れ替え規則により入れ替えを行うインターリーバー３２とを備える。

インターリーバー３２では、入力された時間方向へ並ぶ複数の系列へわたって、シンボルの順序についてあらかじめ設定しておいた所定の入れ替え規則により入れ替えを行い、例えば図５に示すような並列に配置されたインターリーブ後の系列が生成され、各変調器３３ａ〜ｄで変調された後、複数の変調器３３ａ〜ｄの各送信アンテナから送信される。

図５は、本発明の実施例２に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。時間方向に並んでいるシンボルの順序を、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５・・・とする。次に、インターリーバー３２は直列に配置された系列の全体にわたって、シンボルの順序についてあらかじめ設定しておいた所定の入れ替え規則により入れ替えを行い、例えば図に示すように第１アンテナに対しては、Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９・・・Ｓ６１が、第２アンテナに対しては、Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０・・・Ｓ６２が、第３アンテナに対しては、Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１・・・Ｓ６３が、第４アンテナに対しては、Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２・・・Ｓ６４がそれぞれ配置される。

このように、本発明に係るインターリーブを、複数の送信アンテナを用いて各送信アンテナから異なるデータを送るシステムである送信ダイバーシチに適用可能である。すなわち、そのシステムにおいて、シンボルの順序を所定の入れ替え規則により入れ替えて各送信アンテナへ割り振るようなインターリーブを行うことができる。これは空間方向（アンテナ間）へのインターリーブと考えることができ、この場合においても上述したようにフェージング等による通信特性の劣化を軽減する効果が大きくなる。

図６は、本発明の実施例３に係るディジタル変調装置のブロック図であり、シングルキャリア伝送システムを示している。ディジタル変調装置４０は、送信する２進数の入力データをグループ化し、そのグループに基づいて複数のシンボルで構成される系列を選択して写像するマッパ４１と、系列にわたって、シンボルの順序について所定の入れ替え規則により入れ替えを行うインターリーバー４２と、変調器４３とを備える。

図７は、本発明の実施例３に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。時間方向に並んでいるシンボルの順序を、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５・・・,Ｓ６４とする。次に、インターリーバー４２は直列に配置された系列の全体にわたって、シンボルの順序についてあらかじめ設定しておいた所定の入れ替え規則により入れ替えを行い、例えば図に示すようにＳ１，Ｓ５，Ｓ９・・・Ｓ６１，Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０・・・Ｓ６２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１・・・Ｓ６３，Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２・・・Ｓ６４と配置する。

このように、直列に配置された系列の全体にわたってシンボルの順序を入れ替えることによって、フェージング等により特定の時間区間にわたって受信電力が低下してしまい、時間的に連続したシンボルが影響を受けてしまっても、上記で述べたようにディジタル復調装置におけるデインターリーバーにより順序の逆入れ替えが行われ、当初の順序に戻るため、影響を受けたシンボルの位置が分散することで、誤り訂正が可能となる場合が増えるので、通信特性の劣化を軽減する効果が大きくなる。

本発明の実施例４に係るディジタル変調装置の構成は、上述した実施例１のディジタル変調装置において、逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ）１４が存在しない点が異なる。すなわち、インターリーバー１３の出力は並直列変換器１５に入力される。また、本発明の実施例４に係るディジタル復調装置の構成は、上述した実施例１のディジタル復調装置において、離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）２２が存在しない点が異なる。すなわち、並直列変換器２１の出力はデインターリーバー２３に入力される。すなわち、本発明の実施例４では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信方式を採用せず、１搬送波で信号を送受信している。

図８は、本発明の実施例４に係るシンボルの一例を示す図である。時間方向に並ぶ系列６においては、一部の位置のみに送信すべきシンボルＤ１，Ｄ２，Ｄ３・・・が存在し、その他の位置である記号“−” の位置にはシンボルが存在せず、信号を送らない区間となっている。このような構成を有する時間方向に並ぶ系列６について、インターリーブを適用し、所定の入れ替え規則によりシンボルの順序が入れ替えられることにより、シンボルＤ１，Ｄ２，Ｄ３・・・が時間領域において拡散することになるので、実施例1の場合よりさらにフェージング等による通信特性の劣化の影響を極めて軽減できる。

以上、本発明に係るディジタル変調装置、復調装置及びその方法の実施の形態について説明を行ったが、本発明に係るディジタル変調装置、復調装置及びその方法は説明を行った実施の形態に限定はされない。例えば、本発明の実施例１においては、インターリーバー１３を直並列変換器１２と逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ）１４との間に入れる構成をとったが、マッパ１１と直並列変換器１２の間に入れる構成をとってもよい。その場合、図２におけるデインターリーバー２３は、並直列変換器２４と逆マッパ２５の間に入れる構成となり、図３においては図３(ｂ)に示した時間方向に並ぶ系列２においてシンボルのインターリーブを行うこととなる。

また、インターリーバー１３における所定の入れ替え規則は固定する必要はなく、ダイナミックに変更するようにしてもよい。また、本発明を無線通信システムに適用しても有線通信システムに適用してもよい。

また、本実施例４では記号“−” の位置にはシンボルが存在せず、信号を送らない区間であるとしたが、記号“−” の位置に別の系列のシンボルが入るような構成であってもよい。

本発明は、携帯電話等の無線通信分野におけるディジタル通信装置等に適用できる。

本発明の実施例１に係るディジタル変調装置のブロック図である。本発明の実施例１に係るディジタル復調装置のブロック図である。本発明の実施例１に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。本発明の実施例２に係るディジタル変調装置のブロック図である。本発明の実施例２に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。本発明の実施例３に係るディジタル変調装置のブロック図である。本発明の実施例３に係るディジタル変調装置におけるインターリーブの様子を説明するための図である。本発明の実施例４に係る時間方向に並ぶ系列の一例を示す図である。

符号の説明

１入力データ
２、６時間方向に並ぶ系列
３並列に配置された系列
４インターリーブ後の系列
１０ディジタル変調装置
１１、３１、４１マッパ
１２、２１直並列変換器
１３、３２、４２インターリーバー
１４逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ）
１５、２４並直列変換器
２０ディジタル復調装置
２２離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）
２３デインターリーバー
２５逆マッパ
３０送信ダイバーシチシステムにおけるディジタル変調装置
３３ａ〜ｄ、４３変調器
４０シングルキャリア伝送システムにおけるディジタル変調装置

Claims

複数の情報ビットをグループ化するグループ化手段と、
前記グループに基づいて、複数のシンボルで構成される系列を選択する選択手段と、
前記シンボルの順序について、複数の前記系列にわたって所定の入れ替え規則によりインターリーブを適用するインターリーブ手段と、
前記インターリーブ後の系列に従って少なくとも１つのキャリア信号を変調する変調手段とを備えることを特徴とするディジタル変調装置。
前記インターリーブは周波数方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項１記載のディジタル変調装置。
前記インターリーブは時間方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項１記載のディジタル変調装置。
前記インターリーブは空間方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項１記載のディジタル変調装置。
前記系列において一部のみに前記シンボルが存在する
ことを特徴とする請求項１記載のディジタル変調装置。
前記変調手段には直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のディジタル変調装置。
複数の情報ビットをグループ化するステップと、
前記グループに基づいて、複数のシンボルで構成される系列を選択するステップと、
前記シンボルの順序について、複数の前記系列にわたって所定の入れ替え規則によりインターリーブを適用するステップと、
前記インターリーブ後の系列に従って少なくとも１つのキャリア信号を変調するステップとを含むことを特徴とするディジタル変調方法。
前記インターリーブは周波数方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項７記載のディジタル変調方法。
前記インターリーブは時間方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項７記載のディジタル変調方法。
前記インターリーブは空間方向へのインターリーブである
ことを特徴とする請求項７記載のディジタル変調方法。
前記系列において一部のみに前記シンボルが存在する
ことを特徴とする請求項７記載のディジタル変調方法。
前記変調するステップでは直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる
ことを特徴とする請求項７記載のディジタル変調方法。
受信信号を復調する復調手段と、
前記復調された信号のシンボルの順序について、複数の系列にわたって所定の入れ替え規則によりデインターリーブを適用するデインターリーブ手段と
を備えることを特徴とするディジタル復調装置。
受信信号を復調するステップと、
前記復調された信号のシンボルの順序について、複数の系列にわたって所定の入れ替え規則によりデインターリーブを適用するステップと
を含むことを特徴とするディジタル復調方法。