JP2008005389A - 通信方法および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャリア変調を用いた通信システムにおいて、変／復調処理が簡便な差動変調方式を用いて高い信頼性を実現する。
【解決手段】１つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に、伝送情報に基づく変調をかけるキャリア間差動変調手段を用いてマルチキャリア通信信号を構成し、前記マルチキャリア通信信号の１シンボルの後段に、通信信号の一部をコピーして生成するガードインターバル（後部ＧＩ）２０７を連結する。キャリア間差動変調部１２におけるＦＦＴウィンドウ２０１をデータ部２０６とほぼ正確に重ならせることが可能である。したがって、伝送路のノイズの影響により、ＦＦＴウィンドウ２０１がシンボル間差動変調部１３ａに誤って重なる確率を低減し、同時に、キャリア間差動変調部１２の復調特性を良好にし、ビット誤り率を低減することができる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、複数の搬送波（キャリア）を用いてデータを伝送するマルチキャリア通信方法および通信装置に関する。

近年、一般社会におけるインターネットの普及に伴い、様々な場所、アプリケーションにおいてディジタル通信技術のニーズが著しく高まっている。例えば、列車においては、ＬＣＤ表示器等を用いた乗客案内サービスや高度な列車走行制御に対するニーズが高まっている。そこで、サービスコンテンツを車上サーバから各車両の表示器へ配信するためや、また、車上機器の制御情報を運転室から伝送するための高速なディジタル通信技術の開発が進んでいる。画像伝送を行う場合には、通信装置に高い通信速度が求められる。また、機器の制御情報を伝送するためには、高い通信信頼性を確保しつつ、通信速度を向上させていく必要がある。

例えば、列車駆動用のインバータ装置から発生するインバータノイズが通信線に重畳される列車内の環境において、通信速度を向上させるためには、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調などのマルチキャリア方式が有効である。その場合に、各キャリアの変調に用いる一次変調方式として送受信処理が簡便な差動変調が頻繁に用いられる。

特許文献１には、公知のキャリア間差動変調とシンボル間差動変調を組合せた変調方式が開示されている。例えば、第一シンボルでは通信データの一部を用いてキャリア間差動変調を行い、続く第二シンボル以降では残りの通信データを用いてシンボル間差動変調を行っている。このとき、第二シンボル以降のシンボル間差動変調を行うための参照シンボルとしては前段のシンボルを用い、そのシンボルとの位相差としてシンボル間差動変調を行うのである。この場合、シンボル間差動変調方式およびキャリア間差動変調方式において必要となる位相基準として、キャリア間差動変調部に少なくとも１キャリア設けるだけでよい。したがって、シンボル間差動変調方式およびキャリア間差動変調方式の課題である周波数利用効率の低下を図り、通信速度を向上させることが可能になる。

特開２００１−７７７８８号公報

キャリア間差動変調方式においては、後述して詳細に説明するが、シンボル同期位置がキャリア間差動変調部のデータ部に正確に一致させることができない場合には、通信誤り率特性が大きく劣化し、通信信頼性が低下するという課題があった。

本発明は、１つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に、伝送情報に基づく変調をかけるキャリア間差動変調手段を用いてマルチキャリア通信信号を構成し、前記マルチキャリア通信信号の１シンボルの後段に、通信信号の一部をコピーして生成するガードインターバル（後部ＧＩ）を連結することを主特徴とする。

本発明の望ましい実施態様においては、シンボル間差動変調方式とキャリア間差動変調方式を共用し、かつシンボル間差動変調部の参照シンボルとしてキャリア間差動変調を行ったシンボルを用いる。

本発明によれば、キャリア間差動変調を行ったシンボルの信号後部にガードインターバルを付加することによって、通信信頼性の低下を抑制することができる。

まず、以下に述べる実施形態の概要を説明しておく。

キャリア間差動変調を用いた場合に通信信頼性が低下する原因は、シンボル同期位置がキャリア間差動変調部のデータ部に正確に一致していないことに起因するキャリア位相の回転現象である。そこで、信号後段に、送信側で予め想定するシンボル同期位置に相当するガードインターバル（後部ＧＩ）を付加し、受信側での正しいシンボル同期位置でのＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）ウィンドウの設定を可能にする。この後部ＧＩは、通信信号との周期性を一致させるため、通信信号の一部をコピーして生成する。

本実施形態は、本発明を用いた実施形態の中で最良と考えられる実施形態について説明したものであり、本実施形態によって本発明の実施形態が限定されるものではない。

以下、本発明による通信方法および通信装置の実施形態を図面を参照して説明する。

（１）通信信号の構成：
図１は、本発明の一実施例による通信方法に採用する通信信号の概略構成図である。通信信号１０は、プリアンブル部１１の後にキャリア間差動変調部１２が続き、その後にシンボル間差動変調部１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｚが複数連結される。シンボル間差動変調のみを用いる方式では、キャリア間差動変調部１２の代わりにデータ通信には用いない参照用シンボルを用いる。そこで、この部分をキャリア間差動変調によってデータ通信に用いることによって、特許文献１に開示されたように、高効率な通信方法を実現している。なお、プリアンブル部１１は、通信信号１０の同期処理などのために用いられる。

図２は、本発明の一実施例による通信方法におけるキャリアへのデータ割付方法を説明するイメージ図である。ＯＦＤＭ変調などのマルチキャリア通信方式では、周波数軸上に複数の搬送波（キャリア）を設け、それらの複数の搬送波を時間軸上においては１つにまとめて通信シンボルを形成する。まず最初に、キャリア間差動変調部１２では、１シンボル内のキャリア間の位相差に対してデータを割付ける。即ち、１ビットのデータに対応させて位相差を与える差動ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調を用いる場合には、第１キャリアと第２キャリアの間の位相差を図３に示すような関係とする。

図３は、本発明の一実施例による通信方法における差動ＢＰＳＫ変調の説明図である。１ビットのデータが０の場合には、図３（Ａ）のように第１キャリアと第２キャリアの位相差を０ｒａｄ（０°）とする。データが１の場合には、図３（Ｂ）のように位相差をπｒａｄ（１８０°）となるようにする。データと位相差の対応付けについては逆の関係になるようにしても構わない。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）におけるＩはキャリアの同相成分を表し、Ｑはキャリアの直交成分を表す。第２キャリアと第３キャリアの間の位相差も同様にデータに対応する位相差となるように変調する。キャリアが最大Ｍキャリアまである場合には、隣接するキャリア間において同様にデータに対応する位相差を与える変調を行っていく。この場合には、合計でＭ−１ビットのデータがキャリア間差動変調部１２に割り付けることができる。従って、１シンボルのキャリア数が多いほど、通信効率は高くなる。また、キャリア間差動変調は、伝送路の伝達特性が周波数に依存して振幅および位相が大きく変動する場合、通信誤り率が低下し易くなる。しかし、ＯＦＤＭ変調を用いることで、キャリア間の周波数間隔を非常に小さくすることが可能であるため、キャリア間差動変調部１２における通信誤り率への影響を少なくすることが可能である。

次に、シンボル間差動変調部１３ａにおいては、キャリア間差動変調部１２との間において、同じキャリア番号のキャリア同士の位相差に対してデータを割付ける。即ち、キャリア間差動変調部においてデータを割付ける方法と同様に、１ビットのデータに対応させて位相差を与える差動ＢＰＳＫ変調を用いる場合には、１ビットのデータが０の場合には図３（Ａ）のような関係とする。また、データが１の場合には、図３（Ｂ）に示すような関係とする。シンボル間差動変調部１３ａにおいては、キャリアが最大Ｍキャリアまである場合には、合計でＭビットのデータを割付けることができる。続いて、シンボル間差動変調部１３ｂにおいては、シンボル間差動変調部１３ａとの間において、シンボル間差動変調部１３ａにおいて行った差動ＢＰＳＫ変調と同様に同じキャリア番号のキャリア同士の位相差に対してデータを割付ける。この場合も同様に、キャリアが最大Ｍキャリアまである場合には、合計でＭビットのデータを割付けることができる。

以上のように、キャリア間差動変調部１２とシンボル間差動変調部１３ａ、および１３ｂにおいて、差動ＢＰＳＫ変調を用いてデータを割付けてキャリアの変調を行うことが可能である。データの割付量は、１シンボル中にＭキャリアがあり、キャリア間差動変調部とシンボル間差動変調部を合わせた合計のシンボル数がＮである場合、１つの通信信号につき、最大でＮ×Ｍ−１ビットのデータを割付けることが可能である。通信信号を構成するシンボル数が同じ条件の下で、シンボル間差動変調のみを用いた場合には、１つの通信信号において、最大で（Ｎ−１）×Ｍビットしか送信できない。これに対し、キャリア間差動変調とシンボル間差動変調を両方用いて１つの通信信号を構成することで、Ｍ−１（＝（Ｎ×Ｍ−１）−（（Ｎ−１）×Ｍ））ビット多く、データを割付けることが可能になる。

なお、本実施例においては、説明を簡略化するために、キャリア間の位相差に対してデータを割付ける方法として図３に示したような差動ＢＰＳＫ変調を用いて説明した。しかし、より通信速度を向上させて高効率な通信を行いたい要求がある場合には、１ビットのデータに対応してキャリア間の位相差を与える差動ＢＰＳＫ変調の代わりに、次のような変調方式を用いても良い。例えば、２ビットのデータに対応してキャリア間の位相差を与える差動ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調や、３ビットのデータに対応してキャリア間の位相差を与える差動８ＰＳＫ（8 Phase Shift Keying）変調などである。これらの差動変調を用いる場合には、伝送路で必要なＳ／Ｎが異なるため、図４に示すような関係を用いて、通信に必要なビット誤り率ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性の下でＳ／Ｎに応じて使用する差動変調を切替えていくことが可能である。

図４は、本発明の一実施例による通信方法における変調方式毎のガウス雑音下でのビット誤り率特性図である。例えば、通信に必要なビット誤り率が１０^−５である場合には、キャリアのＳ／Ｎが約１８ｄＢ以上ある場合には差動８ＰＳＫ変調を用いる。また、キャリアのＳ／Ｎが約１５ｄＢ以上ある場合には、差動ＱＰＳＫ変調を用いる。さらに、キャリアのＳ／Ｎが約１０ｄＢ以上ある場合には、差動ＢＰＳＫ変調を用いることが可能である。なお、キャリアのＳ／Ｎが約１０ｄＢ以下である場合には、差動ＢＰＳＫ変調を用いても、通信におけるビット誤りが多発するため、通信信頼性を向上させるために該当キャリアにはデータを割付けないようにするのが良い。あるいは、誤り訂正符号化を行うなどして通信に必要なＳ／Ｎを低減させても良い。

（２）通信装置の構成：
図５は、本発明の一実施例による通信装置の構成図である。なお、通信装置１００ｂの構成は、通信装置１００ａと同一とすればよい。通信装置１００ａは、次の機器から構成されている。まず、結合器１１０、バンドパス（以下ＢＰ）フィルタ１０１ａ，１０１ｂによって送受信する。次に、受信アンプ１０２、送信アンプ１０９で増幅し、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０３、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１０８で信号変換を行う。これらの送受信信号は、復調器１０４、変調器１０７、アクセスコントローラ１０５によって、変／復調される。そして、プロトコル変換器１０６を介して、通信装置１００ａと外部装置（ＰＣなど）間は、ケーブル３０２で接続される。外部装置とのインターフェースは、例えば、Ethernet（登録商標）またはＵＳＢ等の標準的な規格のケーブル３０２での接続や、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスなど規格化されたバス配線での接続によって形成する。プロトコル変換器１０６がデータを受け取ると、通信装置１００ａで扱う所定フォーマットの通信パケットに変換する。

アクセスコントローラ１０５は、プロトコル変換器１０６からの通信パケットを受信すると、このデータを変調器１０７に出力する。変調器１０７は、別途入力しているキャリアテーブルのビット割付量情報１０５ｂに基づいて、各サブキャリアに上記データを割り付けた上で通信信号を生成する。通信信号は、Ｄ／Ａ変換器１０８によりアナログ信号に変換され、送信アンプ１０９によって増幅された後、ＢＰフィルタ１０１ｂで不要な高周波成分をカットした上で、結合器１１０を介して通信線３０１に出力され、通信装置１００ｂに通信される。なお、結合器１１０は、通信線３０１において電力供給のための直流または交流電圧が重畳されている場合に必要な回路であるため、電力供給のための直流または交流電圧が重畳されていない信号線を通信線とする場合には不要である。通常、通信のための信号は電力供給用周波数よりも高い周波数によって構成されるため、結合器１１０によって通信信号を減衰させることなしに通信線３０１に重畳させるようにすることが可能である。

図６は、本発明の一実施例において結合器１１０を使用する場合の接続構成例を示す。結合器１１０では、コンデンサで電力供給用の直流または交流電圧をカットし、トランスのインダクタンスとこのコンデンサの静電容量の値で決まる高周波通過特性を持たせ、通信信号のみが通信装置１００ａと授受される。

一方、通信装置１００ｂから送信されてきた通信信号は、ＢＰフィルタ１０１ａによって通信帯域以外の信号を抑制し、通信帯域の信号を受信アンプ１０２に出力する。受信アンプ１０２は、受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器１０３によってディジタル信号に変換された信号は、復調器１０４に出力される。復調器１０４では、別途入力しているキャリアテーブルのビット割付量情報１０５ａに基づいて、各サブキャリアに割り付けられているデータを取り出し、アクセスコントローラ１０５に出力する。アクセスコントローラ１０５では、この取り出したデータを所定フォーマットの通信パケットに変換し、プロトコル変換器１０６に出力する。プロトコル変換器１０６は、この通信パケットを、前記外部装置とのインターフェースが取れるようにプロトコル変換し、外部装置に情報を出力する。

（３）変調器及び復調器の構成：
続いて変調器１０７及び復調器１０４の構成について説明する。

図７は、本発明の一実施例による通信方法に採用する変調器の機能ブロック図である。変調器１０７は、キャリア間差動変調処理１７１、シンボル間差動変調処理１７２、切替信号１７３、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation）処理１７４、ガードインターバル付加処理１７５、およびメモリ１７６からなる。最初に、図１で述べたキャリア間差動変調部１２について処理する。送信データ１７０は、最初にビット割付量情報１０５ｂを用いてキャリア間差動変調処理１７１を行い、全サブキャリアのＩ（同相成分）出力及びＱ（直交成分）出力が得られたら、それらをＩＦＦＴ処理１７４に入力して送信信号の時間波形を生成する。このとき、切替信号１７３は、キャリア間差動変調処理１７１の出力がＩＦＦＴ処理１７４の入力になるように設定しておく。また、メモリ１７６では、ＩＦＦＴ処理１７４への入力データ（全キャリアのＩおよびＱデータ）を保存しておく。さらに、時間波形の周期性を保つようにしながら、時間波形の一部を信号の前段に挿入するガードインターバル付加処理１７５を行うことで、図１で述べたキャリア間差動変調部１２の最終的な送信信号１７７を生成する。このガードインターバル付加処理１７５は、前置ＧＩ部付加処理１７５ａと後置ＧＩ部付加処理１７５ｂとを備えている。

前置ＧＩ部付加処理１７５ａは、マルチパスフェージング環境下におけるシンボル間干渉を防ぐ役割を持つ。

後置ＧＩ部付加処理１７５ｂは、前置ＧＩ部付加処理１７５ａから出力された時間波形と周期性を保つようにしながら、時間波形の一部をコピーして後段に連結する。そして、連結後の時間波形を出力して送信信号１７７を得ることができる。後置ＧＩ部付加処理１７５ｂは、伝送路のノイズの影響により、ＦＦＴウィンドウ２０１がシンボル間差動変調部１３ａに誤って重なる確率を低減することができる。同時に、キャリア間差動変調部１２の復調特性を良好にし、ビット誤り率を低減することが可能になる。

次に、図１で述べたシンボル間差動変調部１３ａについて処理する。送信データ１７０は、最初にビット割付量情報１０５ｂおよびメモリ１７６から出力される１シンボル前のキャリアのＩ、Ｑデータを用いてシンボル間差動変調処理１７２を行う。全サブキャリアのＩ（同相成分）出力及びＱ（直交成分）出力が得られたら、それらをＩＦＦＴ処理１７４に入力して送信信号の時間波形を生成する。このとき、切替信号１７３は、シンボル間差動変調処理１７２の出力がＩＦＦＴ処理１７４の入力になるように設定しておく。また、メモリ１７６では、ＩＦＦＴ処理１７４への入力データ（全キャリアのＩおよびＱデータ）を保存しておく。シンボル間差動変調部１３ｂ以降のシンボルについても同様に処理することで通信信号を生成することができる。なお、切替信号１７３を簡易に生成する方法としては、まず、通信信号のシンボル数をカウントするカウンタを設け、キャリア間差動変調部１２をカウント１としてカウントを開始する。そして、カウンタの値が１以下の場合は、キャリア間差動変調処理１７１からの出力がＩＦＦＴ処理１７４の入力となるように設定する。一方、カウンタの値が２以上の場合には、シンボル間差動変調処理１７２からの出力がＩＦＦＴ処理１７４の入力となるように設定すれば良い。そして、送信終了時にはカウンタの値が０にリセットされるようにする。

図８は、本発明の一実施例による通信方法に採用する復調器の機能ブロック図である。復調器１０４は、シンボル同期処理１４１、ガードインターバル除去処理１４２、ＦＦＴ処理１４３、キャリア間差動復調処理１４４、シンボル間差動復調処理１４５、メモリ１４７から構成される。まず、受信信号１４０に対してシンボル同期処理１４１においてシンボル同期を行い、続いてガードインターバル除去処理１４２を行う。

ガードインターバル除去処理１４２は、前置ＧＩ部除去処理１４２ａと後置ＧＩ部除去処理１４２ｂとを備えている。後置ＧＩ部除去処理１４２ｂにおいては、前置ＧＩ部除去処理１４２ａから出力された時間波形から後置ＧＩ部２０７を除去してＦＦＴ処理１４３へと出力する。

さて、ガードインターバル除去処理１４２を行った後、除去後の受信信号に対してＦＦＴ処理１４３を実行して全サブキャリアのＩ入力及びＱ入力を得る。得られたＩ入力及びＱ入力は、メモリ１４７において保存するとともに、キャリア間差動変調部１２の復調を行う場合には、ビット割付量情報１０５ａを用いてキャリア間差動復調処理１４４において受信データを復調する。また、シンボル間差動変調部１３ａ，１３ｂ…，１３ｚの復調を行う場合には、ビット割付量情報１０５ａおよびメモリ１４７から出力される１シンボル前のキャリアのＩ、Ｑデータを用いてシンボル間差動復調処理１４５において受信データを復調する。切替信号１４６は、キャリア間差動変調部１２からの受信データを受信する場合には、キャリア間差動復調処理１４４からの出力が受信データ１４８の入力となるように設定する。また、シンボル間差動変調部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｚからの受信データを受信する場合には、シンボル間差動復調処理１４５からの出力が受信データ１４８の入力となるように設定すれば良い。なお、切替信号１４６を簡易に生成する方法としては、変調器１０７における切替信号１７３と同様である。すなわち、通信信号のシンボル数をカウントするカウンタを設け、キャリア間差動変調部１２をカウント１としてカウントを開始し、カウンタの値が１以下の場合にはキャリア間差動復調処理１４４からの出力が受信データ１４８の入力となるように設定する。また、カウンタの値が２以上の場合には、シンボル間差動復調処理１４５からの出力が受信データ１４８の入力となるように設定すれば良い。そして、受信終了時にはカウンタの値が０にリセットされるようにする。

（４）キャリア間差動変調部におけるビット誤り率特性：
図９は、本発明の作用を説明するためのキャリア間差動変調部のＦＦＴウィンドウの位置とキャリア位相の誤差を示す図である。すなわち、図９（Ａ）には、キャリア間差動変調部１２を受信した場合において、復調器１０４のＦＦＴ処理１４３で時間波形にＦＦＴ処理をかけるＦＦＴウィンドウ２０１の位置を示している。ここでは、シンボル同期処理１４１が正確に実行されて、ＦＦＴウィンドウ２０１はデータ部２０３と完全に重なっており、ＧＩ（ガードインターバル）部２０２とは重なっていない。また、後ろに連結されているシンボル間差動変調部１３ａとも重なっていない。この場合、ＦＦＴ処理１４３を実施した後のキャリアの位相は、伝送路の伝達特性や伝送路で重畳されるノイズの影響、Ａ／Ｄ変換器による量子化誤差などを除いて考えると、送信側において与えたキャリアの位相と全く同一となる。このため、各キャリアに生じる位相の誤差は、図９（Ｂ）に示す通り、全てのキャリアにおいて０となる。

図９（Ａ）に示すように、受信側においてＦＦＴウィンドウ２０１をキャリア間差動変調部１２のデータ部２０３に正確に合わせることは、通常、困難である。なぜならば、伝送路で重畳されるノイズの影響などにより、シンボル同期処理１４１を行った結果のシンボル同期位置は、ある程度の幅で変動するためである。シンボル同期位置が変動すると、ＦＦＴウィンドウ２０１も一緒に変動する。もし仮に、ＦＦＴウィンドウ２０１がシンボル間差動変調部１３ａに一部が重なった場合には、キャリア間差動変調部１２とシンボル間差動変調部１３ａの間には全く関連性がないため、キャリア間差動変調部１２の復調特性に大きく影響を与えて、通信誤りが多発する。逆に、ＦＦＴウィンドウ２０１がＧＩ部２０２の方に一部が重なった場合には、ＧＩ部２０２はデータ部２０３との周期性を保っているため、復調特性に与える影響は、シンボル間差動変調部１３ａ側に重なった場合と比較して小さい。そこで通常は、図１０に示すように実行する。

図１０は、本発明の作用を説明するための、マージンを設けた場合の、キャリア間差動変調部のＦＦＴウィンドウの位置とキャリア位相の誤差を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、ＦＦＴウィンドウ２０１がＧＩ部２０２の方に重なり易いように、シンボル同期処理１４１ではシンボル同期位置のマージン２０４を設けて同期処理を実行する。しかし、この場合には、図１０（Ｂ）に示すように、キャリア間差動変調部１２のキャリア位相には、送信側で与えたキャリア位相との間にキャリア番号に応じて誤差が生じる。図１０（Ｂ）は、最大のキャリア数が２５６の場合で、かつ、マージン２０４が、Ａ／Ｄ１０３で実施するＡ／Ｄサンプリングの１サンプル分に相当する量である場合のキャリア位相の誤差量を示している。一般的には、式１のような形でキャリア位相の誤差量を表すことができる。

Ｙ＝−２πｚ（ｘ−１）／２Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｎは最大のキャリア数、ｚはマージン２０４に相当するＡ／Ｄサンプリングのサンプル数である。

シンボル間差動変調部１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｚにおいては、このような位相の誤差が生じたとしても同じキャリア番号のキャリアについて、前後のシンボル間の位相差を用いるために、相対的な位相誤差量は０となるために復調特性に影響を受けない。しかし、キャリア間差動変調部１２については、１つのシンボル内において隣接するキャリア間の位相差を用いるために、図１０（Ｂ）に示したようなキャリア位相の誤差の影響を受ける。

図１１は、本発明の作用を説明するための、キャリア間差動変調部において、差動ＢＰＳＫ変調を用いた場合のビット誤り率特性を示す。縦軸はビット誤り率、横軸はマージン２０４に相当するＡ／Ｄサンプル数である。伝送路のノイズ条件として白色ガウスノイズを重畳し、Ｓ／Ｎ１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢの場合の、それぞれのシミュレーション結果を示している。図１１から分かるように、マージン２０４が少ないほど、ビット誤り率特性が良好になることが分かる。

図１２は、同様に、本発明の作用を説明するための、キャリア間差動変調部に差動ＱＰＳＫ変調を用いた場合のビット誤り率特性を示す。伝送路のノイズ条件として白色ガウスノイズを重畳し、Ｓ／Ｎ１５ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢの場合のそれぞれのシミュレーション結果を示している。図１１の場合と同様に、マージン２０４が少ないほどビット誤り率特性が良好になることが分かる。

（５）キャリア間差動変調部におけるガードインターバルの追加：
図１３は、本発明の一実施例による通信方法に用いる通信信号の構成図である。図に示すように、キャリア間差動変調部１２において、データ部２０６の前段のＧＩ部（前置ＧＩ部）２０５のほかに、データ部の後段のＧＩ部（後置ＧＩ部）２０７を付加したものである。前置ＧＩ部２０５と同様に、後置ＧＩ部２０７もデータ部２０６との周期性を保つように、データ部２０６の一部をコピーして生成する。また、後置ＧＩ部２０７は、図１０（Ａ）におけるマージン２０４と同等の量とすれば良い。すなわち、図８のシンボル同期処理１４１の同期処理精度に応じて、必要な量を生成するものとする。このようにすることで、キャリア間差動変調部１２におけるＦＦＴウィンドウ２０１をデータ部２０６とほぼ正確に重ならせることが可能となる。したがって、伝送路のノイズの影響により、ＦＦＴウィンドウ２０１がシンボル間差動変調部１３ａに誤って重なる確率を低減することが可能になる。同時に、キャリア間差動変調部１２の復調特性を良好にし、ビット誤り率を低減することが可能になる。

なお、シンボル間差動変調部１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｚにおいても、キャリア間差動変調部１２とシンボル長を同一とするために、後置ＧＩ部２０７を設けた方が良い。

図１４は、本発明の一実施例による通信方法におけるビット誤り率特性図である。本発明により、後置ＧＩ部２０７を設けた場合、ビット誤り率特性は、図１４に示すような特性となる。マージンｚが０のときにビット誤り率が最小とはならずに、ある値ｚ_０＝２０のときに、ビット誤り率の極小値を持つようになる。そして、マージンがｚ_０よりも大きくなるにつれてビット誤り率特性が悪化していく。このマージン値ｚ_０は、図１３におけるＦＦＴウィンドウ２０１が、データ部２０６と正確に一致する場合のマージンに相当する。即ち、後置ＧＩ部の量がｚ_０＝２０である場合である。

ここで、図１１に示すように、Ｓ／Ｎが１０［ｄＢ］の環境下で、ビット誤り率１０^−４を達成するためには、約２０Ａ／Ｄサンプルのマージンが必要であり、図１４から明らかなように、後置ＧＩ部２０７の時間幅は、０〜４０［Ａ／Ｄサンプル数］とすれば良いことが判る。

以上のように、本発明による通信方法および通信装置を用いることで、高効率で、通信誤りを低減して通信信頼性を高めた通信方法および通信装置を提供し、高い通信効率と高い通信信頼性を両立させた通信システムを提供することが可能となる。

本発明の一実施例による通信方法に採用する通信信号の概略構成図。 本発明の一実施例による通信方法におけるキャリアへのデータ割付方法を説明するイメージ図。 本発明の一実施例による通信方法における差動ＢＰＳＫ変調説明図。 本発明の一実施例による通信方法における変調方式毎のガウス雑音下でのビット誤り率特性図。 本発明の一実施例による通信装置の構成図。 本発明の一実施例において結合器を使用する場合の接続構成例図。 本発明の一実施例による通信方法に採用する変調器の機能ブロック図。 本発明の一実施例による通信方法に採用する復調器の機能ブロック図。 本発明の作用を説明するためのキャリア間差動変調部のＦＦＴウィンドウの位置とキャリア位相の誤差を示す図。 本発明の作用を説明するための、マージンを設けた場合の、キャリア間差動変調部のＦＦＴウィンドウの位置とキャリア位相の誤差を示す図。 本発明の作用を説明するための、キャリア間差動変調部において、差動ＢＰＳＫ変調を用いた場合のビット誤り率特性図。 本発明の作用を説明するための、キャリア間差動変調部に差動ＱＰＳＫ変調を用いた場合のビット誤り率特性図。 本発明の一実施例による通信方法に用いる通信信号の構成図。 本発明の一実施例による通信方法におけるビット誤り率特性図。

符号の説明

１０…通信信号、１１…プリアンブル部、１２…キャリア間差動変調部、１３ａ〜１３ｚ…シンボル間差動変調部、１００ａ，１００ｂ…通信装置、１０１ａ，１０１ｂ…バンドパス（ＢＰ）フィルタ、１０２…受信アンプ、１０３…Ａ／Ｄ変換器、１０４…復調器、１０５…アクセスコントローラ、１０５ａ，１０５ｂ…ビット割付量情報、１０６…プロトコル変換器、１０７…変調器、１０８…Ｄ／Ａ変換器、１０９…送信アンプ、１１０…結合器、１４０…受信信号、１４１…シンボル同期処理、１４２…ガードインターバル（ＧＩ）除去処理、１４２ａ…前置ＧＩ部除去処理、１４２ｂ…後置ＧＩ部除去処理、１４３…ＦＦＴ処理、１４４…キャリア間差動復調処理、１４５…シンボル間差動復調処理、１４６，１７３…切替信号、１４７，１７６…メモリ、１４８…受信データ、１７０…送信データ、１７１…キャリア間差動変調処理、１７２…シンボル間差動変調処理、１７４…ＩＦＦＴ処理、１７５…ガードインターバル（ＧＩ）付加処理、１７５ａ…前置ＧＩ部付加処理、１７５ｂ…後置ＧＩ部付加処理、１７７…送信信号、２０１…ＦＦＴウィンドウ、２０２，２０５…前置ＧＩ部、２０３，２０６…データ部、２０４…マージン、２０７…後置ＧＩ部、３０１…通信線、３０２…ケーブル。

Claims (12)

1. １つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に、伝送情報に基づく変調をかけるキャリア間差動変調手段を用いて直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を構成する通信方法において、前記ＯＦＤＭ信号の１シンボルの後段に、通信信号の一部をコピーして生成するガードインターバル（後部ＧＩ）を連結することを特徴とする通信方法。
2. 請求項１において、前記ＯＦＤＭ信号を構成する変調手段として、１つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に変調をかける前記キャリア間差動変調手段とともに、複数のシンボル間のキャリアの位相差に変調をかけるシンボル間差動変調手段とを共用することを特徴とする通信方法。
3. 請求項２において、前記キャリア間差動変調手段によって生成したシンボルを、次段のシンボル間差動変調の参照シンボルとすることを特徴とする通信方法。
4. 請求項２または３において、キャリア間差動変／復調によって出力されるキャリアの同相成分Ｉおよび直交成分ＱからなるＩ，Ｑデータと、シンボル間差動変／復調によって出力されるキャリアのＩ，Ｑデータとを切替えて後段に伝達することを特徴とする通信方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ＯＦＤＭ信号の１シンボルの後段に、通信信号の一部をコピーして生成するガードインターバルを連結するほかに、前記１シンボルの前段に、通信信号の一部をコピーして生成するガードインターバルを連結することを特徴とする通信方法。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、Ｓ／Ｎが１０［ｄＢ］の下で、前記後部ＧＩの時間幅を０〜４０［Ａ／Ｄサンプル数］とすることを特徴とする通信方法。
7. １つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に、伝送情報に基づく変調をかけるキャリア間差動変調手段を用いてＯＦＤＭ信号を構成する通信装置において、前記ＯＦＤＭ信号の１シンボルの後段に、通信信号の一部をコピーして生成したガードインターバル（後部ＧＩ）を連結する後部ＧＩ付加手段を備えたことを特徴とする通信装置。
8. 請求項７において、前記ＯＦＤＭ信号を構成する変調手段として、１つのシンボル内の複数のキャリア間の位相差に変調をかける前記キャリア間差動変調手段とともに、複数のシンボル間のキャリアの位相差に変調をかけるシンボル間差動変調手段を備えたことを特徴とする通信装置。
9. 請求項８において、前記キャリア間差動変調手段の次段に、このキャリア間差動変調手段によって生成したシンボルを参照シンボルとするシンボル間差動変調手段を備えたことを特徴とする通信装置。
10. 請求項８または９において、キャリア間差動変／復調手段から出力されるキャリアの同相成分Ｉおよび直交成分ＱからなるＩ，Ｑデータと、シンボル間差動変／復調手段から出力されるキャリアのＩ，Ｑデータとを切替えて後段に伝達する切替手段を備えたことを特徴とする通信装置。
11. 請求項７〜１０のいずれかにおいて、前記ＯＦＤＭ信号の１シンボルの後段に、前記後部ＧＩを連結する後部ＧＩ付加手段のほかに、前記１シンボルの前段に、通信信号の一部をコピーして生成したガードインターバル（前部ＧＩ）を連結する前部ＧＩ付加手段を備えたことを特徴とする通信装置。
12. 請求項７〜１１のいずれかにおいて、前記後部ＧＩ付加手段は、Ｓ／Ｎが１０［ｄＢ］の下で、時間幅が０〜４０［Ａ／Ｄサンプル数］の後部ＧＩを付加するように構成したことを特徴とする通信装置。

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