JP2006333046A - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャリア通信においてはＣＩＮＲ値が最低周波数利用効率で動作する一次変調のしきい値に満たないサブキャリアは使用されないでマスクされるため、伝送効率が劣化するという問題点を有している。
【解決手段】最低しきい値以下となるＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成ＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、前記ダイバーシチ回路からの出力を使って最低一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成するダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器と、前記しきい値比較器と前記ダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成するＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送路推定を行いながらマルチキャリア通信を行う通信装置に関し、特に有線系の伝送路を使用して、マルチキャリア通信を行う通信装置及び通信方法に関する。

マルチキャリア伝送システムでよく使われているマルチキャリア変復調技術としてはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）ベースＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）やＷａｖｅｌｅｔベースのＯＦＤＭがある。有線系の伝送路としては、電力線や電話線などが考えられる。マルチキャリア通信技術を有線系に適用した例として電力線通信がある。例えば、（特許文献１）に開示されている。ＦＦＴベースＯＦＤＭはＦＦＴを使用してマルチキャリア通信を実現できるため、有線無線問わず広く利用されている。例としては無線ＬＡＮや電力線通信がある。ＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭはＦＦＴベースＯＦＤＭよりもキャリア間干渉（Ｉｎｔｅｒ−ｃａｒｒｉｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）に耐性があり特性がすぐれている。また、サブキャリア間の直交崩れを回避するためにＦＦＴベースのＯＦＤＭではＧＩ（ガードインターバル）が必須であるのに対して、ＷａｖｅｌｅｔベースのＯＦＤＭでは不要であるという特徴がある。その結果、伝送効率を向上させることができる。ＦＦＴベースのＯＦＤＭの処理はよく知られているので説明を略す。ＷａｖｅｌｅｔベースのＯＦＤＭで使用されるＷａｖｅｌｅｔには２つのタイプがあり、一つはＣｏｍｐｌｅｘ−ｖａｌｕｅ ｔｙｐｅであり、もう一つはＲｅａｌ−ｖａｌｕｅ ｔｙｐｅである。前者の代表例としてはＦｉｌｔｅｒｅｄ ＯＦＤＭなどがあり、後者の代表例としてはＣＭＦＢ（Ｃｏｓｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｋ）などがある。これ以降では、ＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭで用いられているＷａｖｅｌｅｔタイプはＲｅａｌ−ｖａｌｕｅタイプのものとする。ＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭは実係数ウェーブレットフィルタバンクを用いたディジタル変復調処理による伝送方式である。これは、マルチキャリア方式の一種であり、実係数フィルタバンクにより複数のディジタル変調波を合成して送信信号を生成するものである。各キャリアの変調方式としては、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が用いられる。このようなデジタルウェーブレット変調伝送方式（以下ＤＷＭＣ伝送方式と略する。）によるデータ伝送を説明する。図１１は、ウェーブレット波形例を示す図である。図１１に示すようにデジタルウェーブレット変調伝送方式は、ウェーブレット波形における各サブキャリアのインパルス応答が各サブキャリア内で重なり合いながら伝送されることとなる。

図１２は、Ｗａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信波形例を示す図である。図１２において、各伝送シンボルは、各サブキャリアのインパルス応答が合成された時間波形となる。

図１３は、Ｗａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信スペクトル例を示す図である。ＤＷＭＣ伝送方式では、図１２に示したような伝送シンボルを数十個〜数百個程度集めて１つの伝送フレームを構成する。図１４はＷａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信フレーム内の構成例を示す図である。この送信フレームには、情報データ伝送用シンボルの他にキャリア検出や同期や等化などに使用されるプリアンブルシンボルなどが含まれる。

次に有線系伝送路の特徴を示すために、ここで電力線通信を例として、電力線伝送路について説明する。図１５は電力線伝送路の減衰特性を示す図であり、また図１６は電力線伝送路の群遅延特性を示す図である。図１５、図１６に示すように、電力線伝送路は周波数帯域によって減衰量や、群遅延量の差があることがわかる。上述した理由により、電力線のような伝送路を用いるマルチキャリア通信装置においては、使える周波数帯域と使えない周波数帯域が発生する。

これまでは、ＦＦＴベースＯＦＤＭにおいてはＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）が最低周波数利用効率（１ｂｐｓ／Ｈｚ）の一次変調として使用され、ＢＰＳＫのしきい値を下回るサブキャリアの通信品質値しか得られないサブキャリアはマスクされて使用されないため、伝送効率が劣化するという問題があった。

ここで、サブキャリアの通信品質とは、例えば、搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比（以下、ＣＩＮＲ）であるとか、搬送波電力対雑音電力比（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）（以下、ＣＮＲ）等により表されるものとする。

ＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭにおいては２ＰＡＭが最低周波数利用効率（２ｂｐｓ／Ｈｚ）の一次変調方式として使用され、２ＰＡＭのしきい値を下回るＣＩＮＲ値しか得られないサブキャリアはマスクされて使用されなかった。よって伝送路環境が悪い場合は、多くのサブキャリアが使用されないため、伝送効率が劣化するという同様な問題があった。その問題に加えてＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭでは２ＰＡＭが最低周波数利用効率（２ｂｐｓ／Ｈｚ）の一次変調であり、ＦＦＴベースＯＦＤＭでのＢＰＳＫに相当する一次変調方式がなかった。そのため、ＦＦＴベースＯＦＤＭよりも使用されないでマスクされるサブキャリア数の割合が増加するという問題もあった。
特開平１１−１６３８０７号公報

以上述べたように使用されるマルチキャリア通信においてはＣＩＮＲ値が最低周波数利用効率で動作する一次変調（ＢＰＳＫあるいは２ＰＡＭ）のしきい値に満たないサブキャリアは使用されないでマスクされるため、伝送効率が劣化するという問題点を有していた。また、ＷａｖｅｌｅｔベースＯＦＤＭではＢＰＳＫに相当する一次変調方式がないために、使用されないでマスクされるサブキャリア数の割合が増加するという問題点もあった。マルチキャリア通信装置においては、伝送路状態を把握し、伝送効率をさらに高めることが要求されている。

本発明は上記問題を解決し、伝送路特性を把握して、マスクされるサブキャリアの数を減らして、複数のサブキャリアを使用してダイバーシチを行うことによって伝送効率を高めることができる通信装置を提供することにある。

本発明は、マルチキャリア通信を行う通信装置であって、受信装置の伝送路推定器には、各サブキャリアの通信品質値を演算する通信品質値演算器と、前記通信品質値演算器から出力される各サブキャリアの通信品質値を用いて各サブキャリアで使用される変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する変調方式を決定するしきい値比較器と、前記しきい値比較器において最低しきい値以下となる通信品質値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成した通信品質値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、前記ダイバーシチ回路からの出力を使って最低変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、前記しきい値比較器と前記ダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有することを特徴とする。

本発明の通信装置は、伝送路における伝送路状態を把握し、通常はマスクして通信には使用しないようなサブキャリアでも複数使用してダイバーシチを行うことにより、伝送効率を高めることが可能となる。

本発明の第１の発明は、マルチキャリア通信を行う通信装置であって、受信装置の伝送路推定器には、各サブキャリアの通信品質値を演算する通信品質値演算器と、通信品質値演算器から出力される各サブキャリアの通信品質値を用いて各サブキャリアで使用される変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する変調方式を決定するしきい値比較器と、しきい値比較器において最低しきい値以下となる通信品質値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成した通信品質値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、ダイバーシチ回路からの出力を使って最低変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、しきい値比較器とダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有することにより、低い通信品質値によって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

本発明の第２の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリア同士を選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第３の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、一つのグループを作成するサブキャリア数をより少なくなるように各ダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１に記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第４の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリアを使用して、かつ最も多くのダイバーシチサブキャリアグループができるように各サブキャリアをグループ化することを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第５の発明は、ダイバーシチ回路は、最低しきい値以下のサブキャリアにおいて周波数の低いサブキャリアあるいは周波数の高いサブキャリアから順に選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、ダイバーシチ回路の回路規模を削減することができる。

本発明の第６の発明は、ダイバーシチ回路は、ダイバーシチサブキャリアグループ内のサブキャリア数を一定とすることを特徴とする請求項５記載の通信装置であり、トーンマップ生成器でのトーンマップ作成が容易となる。

本発明の第７の発明は、通信品質値演算器は、各サブキャリアの搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比（ＣＩＮＲ）を演算することを特徴とし、通信品質値として、各サブキャリアの搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比（ＣＩＮＲ）を適用することができる。

本発明の第８の発明は、実係数ウェーブレットフィルタバンクを用いたマルチキャリア変復調器を使用した通信装置であって、受信装置の伝送路推定器には各サブキャリアのＣＩＮＲ値を演算するＣＩＮＲ演算器と、ＣＩＮＲ演算器から出力される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器と、しきい値比較器において最低しきい値以下となるＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成したＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、ダイバーシチ回路からの出力を使って最低一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、しきい値比較器とダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有することを特徴とする通信装置であり、低ＣＩＮＲによって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

本発明の第９の発明は、ダイバーシチトーンマップ生成器は、第１サブキャリアと第Ｍ（Ｍはウェーブレット変換ポイント数）サブキャリアを除いて隣同士（第２と第３、第４と第５・・・）をサブキャリアペアとして管理し、トーンマップを作成することを特徴とする請求項８記載の通信装置であり、低ＣＩＮＲによって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

本発明の第１０の発明は、受信装置から送信装置に対して伝送路推定に基づく情報を送信し、送信装置は、伝送路推定に基づく情報に対応する変調を各サブキャリアに行うことで、マルチキャリア通信を行う通信装置であって、受信装置の伝送路推定器は更に、各サブキャリアから得られるそれぞれの伝送路状態値と、しきい値とを比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器と、しきい値比較器において最低しきい値以下となる伝送路状態値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成した伝送路状態値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、ダイバーシチ回路からの出力を使って、合成した伝送路状態値に対応した一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、しきい値比較器とダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有し、送信装置は、受信装置から送信されたトーンマップに基づいて、各サブキャリアの変調方式を決定することを特徴とする通信装置であり、低ＣＩＮＲによって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

本発明の第１１の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリア同士を選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成するようにすることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第１２の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、一つのグループを作成するサブキャリア数をより少なくなるように各サブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１０記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第１３の発明は、ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリアを使用して、かつ最も多くのダイバーシチサブキャリアグループができるようにサブキャリアをグループ化することを特徴とする請求項１０記載の通信装置であり、全体の伝送効率を向上させることができる。

本発明の第１４の発明は、ダイバーシチ回路は、最低しきい値以下のサブキャリアにおいて周波数の低いサブキャリアあるいは周波数の高いサブキャリアから順に選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１０記載の通信装置であり、ダイバーシチ回路の回路規模を削減することができる。

本発明の第１５の発明は、ダイバーシチ回路は、ダイバーシチサブキャリアグループ内のサブキャリア数を一定とすることを特徴とする請求項１４記載の通信装置であり、トーンマップ生成器でのトーンマップ作成が容易となる。

本発明の第１６の発明は、マルチキャリア通信を行う通信方法であって、受信側で各サブキャリアのＣＩＮＲ値を演算するステップと、演算される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するステップと、最低しきい値以下となるＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成したＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するステップと、ダイバーシチサブキャリアグループに対応した最低一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップを生成するステップと、各サブキャリアが使用する一次変調方式とダイバーシチサブキャリアグループに対応する一次変調方式とを合わせて、各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するステップとを有することを特徴とする通信方法であり、低ＣＩＮＲによって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。以下の実施の形態においては、伝送路は有線系の一例である電灯線を使用する。本発明は有線系の伝送路における通信手法として好適であるが、本発明は伝送路を有線系に限定するものではない。本実施の形態で説明する通信装置では、通信開始前あるいは通信中などに必要に応じて伝送路推定を行うものとし、受信装置側で伝送路推定結果から各サブキャリアで使用する一次変調方式を決定してその結果に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成し、送受信装置間で同じＴｏｎｅ Ｍａｐを保有して、伝送路特性に合った最適な通信を行うものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における通信装置のシステム図である。７００は通信装置であり、伝送路として電力線８１０を用いる。すなわち、通信装置７００は、例えば、電灯線通信のモデムやモジュールである。

７１０はＡＶ機器、７２０は通信機器であり、例えばＡＤＳＬモデム、ＣＡＴＶメディアコンバータ等外部のネットワークであるインターネット８２０と、家屋８００内の内部ネットワークとを接続するものである。

７３０はドキュメント機器、７４０はセキュリティ機器、７５０はパソコン、７６０は家電機器である。

これら各機器７１０〜７６０は通信装置７００により、電力線８１０を介して内部ネットワークを構成しており、各機器７１０〜７６０はこれによってネットワークで連携した動作等を行うことが可能である。

本発明はこのようなネットワークシステムにおける各機器７１０〜７６０の通信を電力線８１０を介して行うこととなり、この通信の際にこれから詳述する通信手法を用いるものである。

図２は本発明の実施の形態１における通信装置のブロック図である。

送信装置２９９においては、シンボルマッパ２１０によって送信ビットデータをシンボルデータに変換し、各シンボルデータに従ってシンボルマッピング（ＱＡＭまたはＰＡＭ）を行う。そして、直並列変換器（Ｓ／Ｐ変換器）２２０ でシリアル／パラレル変更を行った後、マルチキャリア変調器２３０でＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）やＩＤＷＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使って周波数領域から時間領域の信号へ変換する。Ｄ／Ａ変換器２４０で、この時間軸波形のサンプル値系列から時間的に連続するベースバンド・アナログ信号波形に変換して送信する。受信装置１９９においては、受信信号をＡ／Ｄ変換器１１０でディジタル信号に変換し、マルチキャリア復調器１２０でＦＦＴやＤＷＴを使って時間領域から周波数領域への変換や同期処理や等化処理など行って受信信号を判定できる状態まで復調し、伝送路推定器１５０では伝送路の状態を復調された受信信号から推定し、判定器１４０では復調された受信信号をしきい値を用いて判定する。通信を行う場合は、通信開始前あるいは通信中などに必要に応じて伝送路推定を行い、受信装置側で伝送路推定結果から各サブキャリアで使用する一次変調方式を決定し、その結果に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成し、送受信装置間で同じＴｏｎｅ Ｍａｐを保有して、伝送路特性に合った最適な通信を行う。

図３は、本発明の実施の形態１における伝送路推定器を示すブロック図である。通信装置のシンボルマッパ２１０で使用する一次変調方式としては、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭなどを適用する。また、マルチキャリア変調器ではＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用して周波数領域から時間領域への変換により変調処理が行われ、マルチキャリア復調器ではＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用して時間領域から周波数領域への変換により復調処理が行われるものとする。

図３において、１０はマルチキャリア復調器１２０で復調処理された受信信号から各サブキャリアにおけるＣＩＮＲ値を算出するＣＩＮＲ演算器、２０はＣＩＮＲ演算器１０から出力される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較し、各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器、２５はしきい値比較器２０の出力で最低しきい値（ここではＢＰＳＫのしきい値）よりもレベルが低いＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成ＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路、３０はダイバーシチ回路２５からの出力を使って最低一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成するダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器、４０はしきい値比較器２０とダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器３０からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成するＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器である。

本発明の実施の形態１においては、通信品質値演算器として、ＣＩＮＲを演算するものを用いているが、本発明はこのＣＩＮＲに限定されるものではなく、適切に、サブキャリアの通信品質、伝送路状態が把握できるものであれば良く、そのようなものとしてＣＩＮＲは好適であるが、例えば、ＣＮＲ等を適用することも可能である。

このように構成された通信装置について、その動作について図３〜図７を用いて説明する。

まず、図３の伝送路推定器５０において、ＣＩＮＲ演算器１０では受信装置のマルチキャリア復調器１２０で復調された受信信号を使用して各サブキャリアにおけるＣＩＮＲ値を演算する。図４に受信装置で得られるサブキャリアとＣＩＮＲ値の関係を示す図を示す。図４は各サブキャリアが伝送路特性の影響を受けることにより、各サブキャリアで得られるＣＩＮＲ値がバラツクことを示している。次にしきい値比較器２０では各サブキャリアのＣＩＮＲ値と一次変調の各しきい値を比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定する。

図５にＣＩＮＲ値と一次変調方式を決めるためのしきい値との関係を示す図を示す。図５に示すように各サブキャリアのＣＩＮＲ値と各一次変調方式を決定するためのしきい値を比較して、各サブキャリアで使用する一次変調方式を決定する。ただし、最低しきい値（ここではＢＰＳＫ）以下のサブキャリアの場合は一次変調方式を決定しないで、ＣＩＮＲ値をそのまま出力する。次にダイバーシチ回路２５ではしきい値比較器２０の出力において最低しきい値（ここではＢＰＳＫのしきい値）以下のＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成ＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成する。またダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器３０ではダイバーシチ回路２５から出力を使って最低一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐを生成する。

ここでダイバーシチサブキャリアグループに適用される最低一次変調方式においては、送信装置２９９で同じグループに対して同一の情報をマッピングする必要がある。そのため、ダイバーシチサブキャリアグループの最低一次変調方式と一つのサブキャリアで最低しきい値以上となって決定された場合の一次変調方式が区別できるようにダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器ではダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐを生成する必要がある。図６に最低しきい値以下のＣＩＮＲ値を持つサブキャリアを示すブロック図を示す。

図６に示すような最低しきい値以下のサブキャリアを複数使用してダイバーシチサブキャリアグループを作成してダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐを生成する。最後にＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器４０では各サブキャリアでしきい値以上でしきい値判定された結果とダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐを使用して、通信装置間で使用されるＴｏｎｅ Ｍａｐを生成する。ここで具体例を示す。図７にサブキャリアと得られたＣＩＮＲ値の例を示す図を示す。また図８にＴｏｎｅ Ｍａｐの作成例を示す図を示す。図７におけるＴｏｎｅ Ｍａｐの横軸はサブキャリア番号に対応し、スロット内の数値は一次変調を示す。ここでは、ＢＰＳＫは１、ＱＰＳＫは２、１６ＱＡＭは３、６４ＱＡＭは４、２５６ＱＡＭは５、ダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器で生成されたダイバーシチＴｏｎｅ ＭａｐのＢＰＳＫは区別できるように７としている。なお、各ダイバーシチサブキャリアグループ間も区別するためには、７，８，９、・・・とさらに分ける必要がある。ここでは最低しきい値は１３ｄＢと仮定し、サブキャリア番号５５，５６，５７および５８の各サブキャリアが最低しきい値以下となった場合を考える。通常では最低しきい値以下なので、これらのサブキャリアはマスクされて通信には使用されない。ここでは、まずダイバーシチ回路２５で合成ＣＩＮＲ値を計算する。今回、サブキャリア５５〜５８のそれぞれのＣＩＮＲ値は８、９．５、６、３ｄBであり、これらを電力の真値に戻して和をとった値は１３．３ｄBとなる。したがって、４本のサブキャリアの合成ＣＩＮＲ値が最低しきい値を超えるので、これらのサブキャリアで一つのダイバーシチサブキャリアグループを作成して４本に同じ最低効率の一次変調（ここではＢＰＳＫ変調）を適用してダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐが生成される。最後に図８に示すようにＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器４０でダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐを合わせたＴｏｎｅ Ｍａｐが生成される。ここで作成されたＴｏｎｅ Ｍａｐは、送受信装置間で保有される。この構成により、低ＣＩＮＲによって通常はマスクして通信に使用しなかった周波数帯域を有効利用できるので、結果として伝送効率を高めることができる。

なお、ダイバーシチ回路２５において、合成ＣＩＮＲ値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、なるべく周波数的に離れたサブキャリア同士を選択して一つのグループを作成するようにすることにより、グループ内における周波数相関を下げてダイバーシチ効果を高めることができ、その結果伝送効率を高めることが可能となる。

また最も多くダイバーシチサブキャリアグループが作成されるように、言い換えると一つのグループを作成するサブキャリア数をより少なくなるように各グループを作成することにより、伝送効率をさらに高めることができる。これは、各グループの合成ＣＩＮＲ値がしきい値付近になるように最適化を行えばよい。

さらに周波数的に離れたサブキャリアを使用して、かつ最も多くのダイバーシチサブキャリアグループができるようにサブキャリアをグループ化することにより、さらに伝送効率を高めることが可能となる。これは、まず周波数的に離れたサブキャリア同士のグループを作成し、ダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に各サブキャリアは周波数的に離れたそれぞれのサブキャリアグループから選択し、各グループの合成ＣＩＮＲ値がしきい値付近になるように最適化することにより実現できる。

また、逆にダイバーシチ効果は多少劣化するが、最低しきい値以下のサブキャリアにおいて周波数の低いサブキャリアあるいは周波数の高いサブキャリアから順に選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することにより、複雑な条件分岐などがなくなるため回路規模を削減することができるというメリットがある。この時、ダイバーシチサブキャリアグループ内のサブキャリア数を一定とすれば、さらに処理が簡単化され、ダイバーシチサブキャリアグループ間でこのグループはいくつのサブキャリアで構成されているか区別する必要がなくなるためＴｏｎｅ Ｍａｐ作成も容易になる。

上記の説明では、マルチキャリア変調にはＩＦＦＴをコアとし、マルチキャリア復調ではＦＦＴをコアとしたマルチキャリア変復調器を使って説明したが、マルチキャリア変調にはＩＤＷＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）をコアとし、マルチキャリア復調ではＤＷＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）をコアとしたマルチキャリア変復調器を使った場合についても同様に適用できる。

ここでいうＷａｖｅｌｅｔタイプにはＣｏｍｐｌｅｘ−ｖａｌｕｅ ｔｙｐｅ であるＦＭＴ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ）、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭ／ＯＱＡＭなどやＲｅａｌ−ｖａｌｕｅ ｔｙｐｅであるＣＭＭＦＢ（Ｃｏｓｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｋ）などが含まれる。ただし、Ｒｅａｌ−ｖａｌｕｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの場合の一次変調方式にはＱＡＭではなくて、ＰＡＭが用いられる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２による伝送路推定器を示すブロック図である。なお、通信装置は実施の形態１における通信装置と同じものを使用する。

ただし通信装置のシンボルマッパで使用する一次変調としては、２ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、４ＰＡＭ、８ＰＡＭ、１６ＰＡＭなどを仮定する。また、マルチキャリア変調器ではＩＤＷＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用して周波数領域から時間領域への変換が行われて変調処理がなされ、マルチキャリア復調器ではＤＷＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用して時間領域から周波数領域への変換が行われて復調処理がなされるものとする。また、Ｗａｖｅｌｅｔ ＴｒａｎｓｆｏｒｍとしてはＲｅａｌ−ｖａｌｕｅ ｔｙｐｅのＣｏｓｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｋを仮定する。図９において、６０はマルチキャリア復調器１２０で復調処理された受信信号から各サブキャリアにおけるＣＩＮＲ値を算出するＣＩＮＲ演算器、７０はＣＩＮＲ演算器６０から出力される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較し、各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器、８０は２つのサブキャリアを使ったサブキャリアペアでＴｏｎｅ Ｍａｐを管理して、しきい値比較器７０の結果を使ってＴｏｎｅ Ｍａｐを生成するＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器である。

このように構成された通信装置について、その動作について図９〜図１０を用いて説明する。まず、図９の伝送路推定器９０において、ＣＩＮＲ演算器６０では受信装置のマルチキャリア復調器１２０で復調された受信信号を使用して各サブキャリアにおけるＣＩＮＲ値を演算する。またしきい値比較器７０では各サブキャリアのＣＩＮＲ値と一次変調方式の各しきい値を比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定する。ただし、最低しきい値（ここでは２ＰＡＭ）以下のサブキャリアの場合は一次変調方式を決定しないで、ＣＩＮＲ値をそのまま出力する。次にＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器８０では、２本のサブキャリアをサブキャリアペアとして管理し、しきい値比較器７０の出力において、両方のサブキャリアのＣＩＮＲ値が最低しきい値以上である場合は各サブキャリアのＣＩＮＲ値から決定される一次変調方式に対応したＴｏｎｅ Ｍａｐが独立に生成される。また、片方のサブキャリアのＣＩＮＲ値のみが最低しきい値以下となった場合はそのサブキャリアのみがマスクされる。さらに両方のサブキャリアのしきい値が最低しきい値以下となった場合は、サブキャリアペアでの合成ＣＩＮＲ値を求めて最低しきい値と比較して最低しきい値以上であれば両方のサブキャリアに最低効率の一次変調方式（ここでは２ＰＡＭ）に対応した同じＴｏｎｅ Ｍａｐを適用する。ここで実施の形態１の図８と同様なやり方で、合成ＣＩＮＲ値ではなくて最低効率の一次変調方式を選択された場合と区別できるようにＴｏｎｅ Ｍａｐを作成する必要がある。もし、合成ＣＩＮＲが最低しきい値以下となる場合はサブキャリアペアはマスクされる。

なお、サブキャリアペアの作成例を示す図を図１０に示す。図１０は８ポイントＷａｖｅｌｅｔ変換を用いた場合のスペクトルを示す。ここで第１サブキャリアと第Ｍサブキャリアはペアには入れないでマスクする。ＭはＷａｖｅｌｅｔ変換ポイント数（ここでは８）を示す。Ｗａｖｅｌｅｔ変換ポイント数は一般的に回路を簡潔に構成するために２のべき乗とすることが多い。

そして、第１サブキャリアは、直流となってしまうために、位相情報が乗せられず、サブキャリアとしては利用できない。また、第Ｍサブキャリアは、マスクの問題もあり、サブキャリアとして利用しづらいので、サブキャリアペアを構成するのは、第２〜第（Ｍ−１）サブキャリアとすることが望ましい。

このような構成にすることにより、Ｗａｖｅｌｅｔを使ったマルチキャリア変復調においても、サブキャリアペアで最低効率の一次変調方式を選択することで周波数利用効率１ｂｐｓ／Ｈｚの一次変調方式を実現することができる。

本発明は、通信装置において、有線系伝送路における伝送路状態を把握し、通常はマスクして通信には使用しないようなサブキャリアでも複数使用してダイバーシチを行うことにより、伝送効率を高めることが可能となり、電灯線通信システム等に適用して好適である。

本発明の実施の形態１における通信装置のシステム図 本発明の実施の形態１における通信装置のブロック図 本発明の実施の形態１における伝送路推定器を示すブロック図 受信装置で得られるサブキャリアとＣＩＮＲ値の関係を示す図 ＣＩＮＲ値と一次変調方式を決めるためのしきい値との関係を示す図 最低しきい値以下のＣＩＮＲ値を持つサブキャリアを示すブロック図 サブキャリアと得られたＣＩＮＲ値の例を示す図 Ｔｏｎｅ Ｍａｐの作成例を示す図 本発明の実施の形態２による伝送路推定器を示すブロック図 サブキャリアペアの作成例を示す図 ウェーブレット波形例を示す図 Ｗａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信波形例を示す図 Ｗａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信スペクトル例を示す図 Ｗａｖｅｌｅｔ ＯＦＤＭを用いたマルチキャリア通信装置における送信フレーム内の構成例を示す図 電力線伝送路の減衰特性を示す図 電力線伝送路の群遅延特性を示す図

符号の説明

１０、６０ ＣＩＮＲ演算器
２０、７０ しきい値比較器
２５ ダイバーシチ回路
３０ ダイバーシチＴｏｎｅ Ｍａｐ生成器
４０、８０ Ｔｏｎｅ Ｍａｐ生成器
５０、９０、１５０ 伝送路推定器
１１０ Ａ／Ｄ変換器
１２０ マルチキャリア復調器
１３０ 並直列変換器（Ｐ／Ｓ変換器）
１４０ 判定器
１９９ 受信装置
２１０ シンボルマッパ（ＱＡＭ ｏｒ ＰＡＭ）
２２０ 直並列変換器（Ｓ／Ｐ変換器）
２３０ マルチキャリア変調器
２４０ Ｄ／Ａ変換器
２９９ 送信装置

Claims (16)

1. マルチキャリア通信を行う通信装置であって、受信装置の伝送路推定器には、各サブキャリアの通信品質値を演算する通信品質値演算器と、前記通信品質値演算器から出力される各サブキャリアの通信品質値を用いて各サブキャリアで使用される変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する変調方式を決定するしきい値比較器と、前記しきい値比較器において最低しきい値以下となる通信品質値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成した通信品質値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、前記ダイバーシチ回路からの出力を使って最低変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、前記しきい値比較器と前記ダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有することを特徴とする通信装置。
2. 前記ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリア同士を選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、一つのグループを作成するサブキャリア数をより少なくなるように各ダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記ダイバーシチ回路は、合成した通信品質値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリアを使用して、かつ最も多くのダイバーシチサブキャリアグループができるように各サブキャリアをグループ化することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
5. 前記ダイバーシチ回路は、最低しきい値以下のサブキャリアにおいて周波数の低いサブキャリアあるいは周波数の高いサブキャリアから順に選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
6. 前記ダイバーシチ回路は、ダイバーシチサブキャリアグループ内のサブキャリア数を一定とすることを特徴とする請求項５記載の通信装置。
7. 前記通信品質値演算器は、各サブキャリアの搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比（ＣＩＮＲ）を演算することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の通信装置。
8. 実係数ウェーブレットフィルタバンクを用いたマルチキャリア変復調器を使用した通信装置であって、受信装置の伝送路推定器には各サブキャリアのＣＩＮＲ値を演算するＣＩＮＲ演算器と、前記ＣＩＮＲ演算器から出力される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器と、前記しきい値比較器において最低しきい値以下となるＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成したＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、前記ダイバーシチ回路からの出力を使って最低一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、前記しきい値比較器と前記ダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有することを特徴とする通信装置。
9. 前記ダイバーシチトーンマップ生成器は、第１サブキャリアと第Ｍ（Ｍはウェーブレット変換ポイント数）サブキャリアを除いて隣同士（第２と第３、第４と第５・・・）をサブキャリアペアとして管理し、トーンマップを作成することを特徴とする請求項８記載の通信装置。
10. 受信装置から送信装置に対して伝送路推定に基づく情報を送信し、前記送信装置は、前記伝送路推定に基づく情報に対応する変調を各サブキャリアに行うことで、マルチキャリア通信を行う通信装置であって、
    受信装置の伝送路推定器は更に、各サブキャリアから得られるそれぞれの伝送路状態値と、しきい値とを比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するしきい値比較器と、前記しきい値比較器において最低しきい値以下となる伝送路状態値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成した伝送路状態値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するダイバーシチ回路と、前記ダイバーシチ回路からの出力を使って、前記合成した伝送路状態値に対応した一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップ生成器と、前記しきい値比較器と前記ダイバーシチトーンマップ生成器からの出力を使って各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するトーンマップ生成器とを有し、
    前記送信装置は、前記受信装置から送信されたトーンマップに基づいて、各サブキャリアの変調方式を決定することを特徴とする通信装置。
11. 前記ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリア同士を選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成するようにすることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. 前記ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、一つのグループを作成するサブキャリア数をより少なくなるように各サブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１０記載の通信装置。
13. 前記ダイバーシチ回路は、合成した伝送路状態値を演算してダイバーシチサブキャリアグループを作成する時に、周波数的に相関の少ないサブキャリアを使用して、かつ最も多くのダイバーシチサブキャリアグループができるようにサブキャリアをグループ化することを特徴とする請求項１０記載の通信装置。
14. 前記ダイバーシチ回路は、最低しきい値以下のサブキャリアにおいて周波数の低いサブキャリアあるいは周波数の高いサブキャリアから順に選択してダイバーシチサブキャリアグループを作成することを特徴とする請求項１０記載の通信装置。
15. 前記ダイバーシチ回路は、ダイバーシチサブキャリアグループ内のサブキャリア数を一定とすることを特徴とする請求項１４記載の通信装置。
16. マルチキャリア通信を行う通信方法であって、受信側で各サブキャリアのＣＩＮＲ値を演算するステップと、演算される各サブキャリアのＣＩＮＲ値を用いて各サブキャリアで使用される一次変調方式を決定するためのしきい値と比較して各サブキャリアが使用する一次変調方式を決定するステップと、最低しきい値以下となるＣＩＮＲ値を示すサブキャリアを複数使用して、それらのサブキャリアの合成したＣＩＮＲ値が最低しきい値以上となるようにダイバーシチサブキャリアグループを作成するステップと、前記ダイバーシチサブキャリアグループに対応した最低一次変調方式に対応したトーンマップを生成するダイバーシチトーンマップを生成するステップと、前記各サブキャリアが使用する一次変調方式と前記ダイバーシチサブキャリアグループに対応する一次変調方式とを合わせて、各サブキャリアで使用する一次変調方式に対応したトーンマップを生成するステップとを有することを特徴とする通信方法。

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