JP2009033622A - Ofdm送信装置及びofdm受信装置並びにインターリーブ方法 - Google Patents

Ofdm送信装置及びofdm受信装置並びにインターリーブ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】OFDM処理におけるインタリーブ処理を従来よりも簡単化することを目的とする。
【解決手段】OFDM送信装置は、送信データをOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)処理して送信し、キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化するインタリーブ部を具備する。
【選択図】図2

Description

本発明は、OFDM送信装置及びOFDM受信装置並びにインターリーブ方法に関する。
下記特許文献1には、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を変調手段とし、インターリーブ処理によって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が開示されている。
このディジタル変復調装置は、時間方向に並んだ入力データをグループ化し、こ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すると共にこの系列にグループを写像するマッパと、マッパが出力する時間方向に直列に並ぶ系列を並列に配置する直並列変換器と、直並列変換器が出力する並列に配置された系列のシンボルの順序を所定の入れ替え規則に基づいてインタリーブするインタリーバーと、インタリーバーが出力するインタリーブされ並列に配置された系列を変調多重化した信号に変換する逆離散フーリエ変換器と、逆離散フーリエ変換器が出力する変調多重化され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によって構成される。
上記インタリーバーでは、周波数方向、時間方向、及び空間方向へのインタリーブが行われる。
特開2006−295756号公報
ところで、上記従来技術では、周波数方向、時間方向及び空間方向それぞれのインタリーブを行う為、これら周波数方向のインタリーブ処理、時間方向のインタリーブ処理及び空間方向のインタリーブ処理は個別のインタリーブ処理であり、よって各々のインタリーブ処理専用のプログラムが必要となり、インタリーブ処理が複雑になる。
本発明は、上述した事情を鑑みたものであり、OFDM処理におけるインタリーブ処理を従来よりも簡単化することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、OFDM送信装置に係る第1の解決手段として、送信データをOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)処理して送信するOFDM送信装置であって、キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化するインタリーブ部を具備するという手段を採用する。
本発明では、OFDM送信装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記乱数発生手法は、混合合同法という手段を採用する。
本発明では、OFDM送信装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記キャリア変調における変調クラス及びシンボル数に応じて依存した情報を含むという手段を採用する。
本発明では、OFDM受信装置に係る第4の解決手段として、請求項1〜3のいずれか一項に記載のOFDM送信装置のインタリーブ部に対応したデインタリーブ部を具備し、前記OFDM送信装置の送信信号を受信することを特徴とするOFDM受信装置。
本発明では、通信装置に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの解決手段において、前記パラメータは、シンボル数を含むという手段を採用する。
また、本発明では、OFDM受信装置に係る第1の解決手段として、OFDM送信装置に係る第1〜第3いずれかの解決手段のインタリーブ部に対応したデインタリーブ部を具備し、前記OFDM送信装置の送信信号を受信するという手段を採用する。
さらに、本発明では、インタリーブ方法に係る第1の解決手段として、送信データをOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)処理して送信する場合における送信データのインタリーブ方法であって、キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化するという手段を採用する。
本発明によれば、キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化するインタリーブ部を具備するので、従来のように送信データをシリアル/パラレル変換した後でインターリーブ処理する場合に比較してインタリーブ処理を簡単化することができる。
一般的にOFDM処理におけるインタリーブ処理では、送信データをシリアル/パラレル変換した信号にビットインターリーブ処理を施したり、及び/あるいは上記シリアル/パラレル変換してキャリア変調を施した信号を階層合成した後に時間インターリーブ処理及び周波数インターリーブ処理を施すが、これらビットインターリーブ処理、時間インターリーブ処理及び周波数インターリーブ処理は個別のインターリーブ処理であり、よって各々のインターリーブ処理専用のプログラムが必要となる。
しかしながら、本発明では、キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で送信データを乱数に基づいてランダム化することにより、上記各種のインターリーブ処理と同等のインターリーブ処理をインタリーブ部によって一括して行うことが可能であり、インターリーブ処理に関するプログラムの簡単化及びインターリーブ処理に要するメモリリソース等のリソースの節約を実現することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、OFDM方式を利用した移動端末と通信する基地局に関する。
図1は、本実施形態に係る基地局Aと移動端末Bによって構成される無線通信システムの概略構成を示す模式図である。図1に示すように、この無線通信システム構成は基地局A及び移動端末Bから構成される。
基地局Aは、変調方式が直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式の通信信号を移動端末Bと送受信することにより、回線交換通信またはパケット通信を行う。直交周波数分割多重(OFDM)方式とは、周波数の異なる複数のサブキャリアを使って通信を行うマルチキャリア通信の一種であり、このサブキャリアの変調方式にはデジタル振幅変調または/及びデジタル位相変調が用いられる。
移動端末Bは、上記OFDM方式の通信信号を基地局Aと送受信することにより、回線交換通信またはパケット通信を行う。
次に、図2に示す機能ブロック図を参照して、上記基地局Aの要部機能構成を説明する。
本基地局Aは、OFDM信号送信部1、OFDM信号受信部2及び制御部3を備えている。OFDM信号送信部1は、CRC符号付加部1a、誤り訂正符号付加部1b、インタリーブ部1c、シリアル/パラレル変換部1d、サブキャリア変調部1e、逆フーリエ変換部1f、ガードインターバル挿入部1g及び無線信号送信部1hから構成され、OFDM信号受信部2は、無線信号受信部2a、ガードインターバル除去部2b、フーリエ変換部2c、サブキャリア復調部2d、パラレル/シリアル変換部2e、デインタリーブ部2f、誤り訂正部2g及びCRC演算部2hから構成されている。
CRC符号付加部1aは、制御部3の指示に基づいて、制御部3から入力される送信データ(制御信号またはデータ信号)に冗長情報である誤り検出用のCRC符号を付加して誤り訂正符号付加部1bに出力する。
誤り訂正符号付加部1bは、制御部3の指示に基づいて、CRC符号付加部1aから入力される送信データのビット列に畳み込み符号等の誤り訂正符号を付加し、このビット列をインタリーブ部1cに出力する。
インタリーブ部1cは、制御部3から入力される変調クラス及び総シンボル数に基づいて、訂正符号付加部1bから入力されるビット列を所定の規則に従い順番を入れ替え、このビット列をシリアル/パラレル変換部1dに出力する。
シリアル/パラレル変換部1dは、制御部3の制御の下、インタリーブ部1cから入力されたビット列を、各サブキャリア毎にビット単位で分割し、各サブキャリア変調部1eに出力する。
サブキャリア変調部1eは、サブキャリアと同数設けられており、各サブキャリア毎に分割されたビット列を、サブキャリアに基づいてデジタル変調し、変調信号を逆フーリエ変換部1fに出力する。なお、各サブキャリア変調部1eは、制御部3に指示された変調方式、例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM等に基づいてデジタル変調を行う。
逆フーリエ変換部1fは、各サブキャリア変調部1eから入力される変調信号を逆フーリエ変換して直交多重化することによりOFDM信号を生成し、このOFDM信号をガードインターバル挿入部1gに出力する。
ガードインターバル挿入部1gは、逆フーリエ変換部1fから入力されたOFDM信号にガードインターバルを挿入し、無線信号送信部1hに出力する。
無線信号送信部1hは、ガードインターバル挿入部1gから入力されたOFDM信号をD/Aコンバータにより、デジタル信号からアナログ信号に変換し、このアナログ信号に変換されたOFDM信号をIF周波数帯からRF周波数帯に変換し、このRF周波数帯に変換されたOFDM信号を電力増幅器等により所定の送信出力レベルまで増幅させ、アンテナを介して移動端末Bに出力する。
無線信号受信部2aは、移動端末Bよりアンテナを介して入力されたOFDM信号をRF周波数帯の信号からIF周波数帯の信号に変換し、IF周波数帯のOFDM信号をローノイズ増幅器等により増幅し、この増幅したOFDM信号をA/Dコンバータによりアナログ信号からデジタル信号に変換し、ガードインターバル除去部2bに出力する。
ガードインターバル除去部2bは、無線信号受信部2aから入力されたOFDM信号からガードインターバルを除去し、フーリエ変換部2cに出力する。
フーリエ変換部2cは、ガードインターバル除去部2bから入力されたOFDM信号をフーリエ変換することにより各サブキャリア毎の変調信号に変換し、この変調信号を各サブキャリア復調部2dに出力する。
サブキャリア復調部2dは、サブキャリアと同数設けられており、変調信号を位相補正/周波数補正/電力補正すると共にサブキャリアに基づいてデジタル復調することにより受信データのデータ列に変換し、このデータ列をパラレル/シリアル変換部2eに出力する。
パラレル/シリアル変換部2eは、制御部3の指示に基づいて、各サブキャリア復調部2dから入力される複数のデータ列を一つのデータ列に合成し、このデータ列をデインタリーブ部2fに出力する。
デインタリーブ部2fは、制御部3から入力される変調クラス及び総シンボル数に基づいて、移動端末Bにおけるインタリーブにより順番が入れ替えられたデータ列を所定の規則に従い元の順番に戻し、このデータ列を誤り訂正部2gに出力する。
誤り訂正部2gは、制御部3の制御の下、デインタリーブ部2fから入力されたデータ列に対して軟判定による誤り訂正を行い、このデータ列をCRC演算部2hに出力する。
CRC演算部2hは、制御部3の制御の下、データ列に付加されている誤り検出用のCRC符号に基づいてCRC演算を行い、CRC演算の結果と共にデータ列を制御部3に出力する。
制御部3は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)から構成される内部メモリ並びにOFDM信号送信部1及びOFDM信号受信部2と各種信号の入出力を行うインタフェース回路等から構成されており、上記ROMに記憶された制御プログラム及びOFDM信号受信部2が受信する各種信号に基づいて基地局Aの全体動作を制御する。なお、この制御部3は、CRC演算部2hから入力されるCRC演算結果がOKの場合は、CRC演算部2hから入力されるデータ列によって構成される各種信号の指示に基づいて所定の処理を行い、RC演算結果がNGの場合は、OFDM信号送信部1に再送要求を送信させる。
次に、このように構成された本基地局Aのインタリーブ処理について説明する。
図3は、本基地局Aにおけるインタリーブ処理を示すフローチャートである。
一般的に、OFDM信号を出力するOFDM送信装置では、OFDM信号の受信側で誤り訂正符号に基づいて信号の誤り訂正を可能にすること等を目的として、伝送路において発生するフェージングによる信号のバースト誤りをランダム誤りにするインタリーブという技術が用いられる。このインタリーブには、データを信号の周波数に対してインタリーブする周波数インタリーブ、データを時間方向に対してインタリーブする時間インタリーブ等が存在し、OFDM信号を出力するOFDM送信装置では、それぞれのインタリーブを個別の処理として別々に処理している。
本実施形態に係る基地局Aでは、簡単なインタリーブ処理によって複数の異なるインタリーブ処理を実行したときと同じ効果を得ることが可能になる。
まず、基地局Aがパケットデータ等のデータ信号を移動端末Bに送信する場合には、制御部3がデータ信号のビット列をCRC符号付加部1aに出力し、CRC符号付加部1aにビット列にCRC符号を付加させ、このビット列を誤り訂正符合付加部1bへ出力させる。制御部3は、誤り訂正符号付加部1bにこのビット列へ誤り訂正符号を付加させ、誤り訂正符合付加部1bにこのビット列をインタリーブ部1cへ出力させる。
制御部3は、インタリーブ部1cにインタリーブを行わせる為に、OFDM信号のサブキャリアの変調方式に基づいて変調クラスnを決定すると共に、サブチャネル数及び1サブチャネル内のシンボル数に基づいて総シンボル数mを算出する(ステップS1)。
上記変調クラスについて、図4の変調クラステーブルを示す模式図を参照して詳細に説明する。図4の模式図に示すように、変調方式毎に変調クラスが決まっており、予め制御部3のROMが変調クラステーブルを記憶し、ステップS1において制御部3はこの変調クラステーブルに基づいてサブチャネルの変調方式に応じて変調クラスを決定する。そして、この変調クラスが、1シンボルあたりのビット数となる。
制御部3は、総シンボル数m及び変調クラスnをインタリーブ部1cに出力し、インタリーブ部1cは以下式(1)の混合合同法の式のパラメータとして総シンボル数m及び変調クラスnを使用することにより、擬似乱数を算出する。

a(i+1)=a(i)×b+c …(1)

なお、上記式(1)は、予め決められた定数b及び定数cに基づいて、a(1)がa(i)に代入されることにより、a(i+1)であるa(2)を擬似乱数として算出し、次にa(2)をa(i)に代入することによりa(3)を擬似乱数として算出する。すなわち、上記式(1)を用いて繰り返し計算することにより複数の擬似乱数を算出することが出来る。
インタリーブ部1cは、m×n<2^kの条件を満たしかつ最小の整数となるkを算出する。例えば、総シンボル数mが300かつ変調クラスnが2の場合には、300×2<2^kを満たす最小の整数となるkは10となる。
インタリーブ部1cは、以下式(2)にk及び変調クラスnをパラメータとして代入することによりa(1)を算出し、以下式(3)に総シンボル数mをパラメータとして代入することにより定数cを算出すると共に、定数bに所定の値を決定し、変数lに初期値として0を設定する(ステップS2)。なお、この変数lはステップS7の処理において使用される。また、上記a(1)は整数であり、下記式(2)のdは0<d<k(例えばd=4)となる所定の値である。

a(1)=2^k÷2^d×n …(2)

c=2m+1 …(3)
インタリーブ部1cは、ステップS2において決定したa(1)、定数b及び定数cを上記式(1)に代入することによりa(2)を算出し(ステップS3)、ステップS4〜ステップS4´において擬似乱数算出用ループを実行する。この擬似乱数算出用ループは、上記式(1)のiの値を1すつインクリメントを行い、iが2^kになるまで実行される。なお、m、n、a(i)、a(i+1)、b、c、k及びdの値はメモリに記憶され、そのメモリに記憶されている値に基づいて、インタリーブ部1cは計算を行う。
インタリーブ部1cは、ステップS4〜ステップS4´の擬似乱数算出用ループとして、まず、以下の処理(4)を実行する(ステップS5)。

a(i)=modulo(a(i),2^k) …(4)

上記処理(4)は、a(i)の擬似乱数を2^kによって除算を行い、この除算より算出された余りをa(i)に代入する処理である。
インタリーブ部1cは、ステップS5において算出されたa(i)が総シンボル数mと変調クラスnを乗算した値未満であるか否か判定し(ステップS6)、ステップS6において「YES」と判定した場合は、a(i)の値をalpha(l)に擬似乱数として代入し、lの値に1を加算する(ステップS7)。lの初期値は0であり、ステップS4〜ステップS4´の擬似乱数算出用ループが繰り返されるごとにステップS7においてlの値が1ずつインクリメントされる為、alpha(0)、alpha(1)、alpha(2)・・・の順番にa(i)の値が代入される。なお、alpha(l)の値はメモリに記憶される。
インタリーブ部1cは、ステップS7の後に、a(i)の値に基づいて上記式(1)よりa(i+1)を算出する(ステップS8)する。
インタリーブ部1cは、ステップS6において「NO」と判定した場合は、ステップS7を行わず、ステップS8を行う。
インタリーブ部1cは、ステップS7においてalpha(i)に代入された擬似乱数に基づいて、データ信号のビット列のインタリーブを行う。
インタリーブ部1cが行うインタリーブ処理のビット列の入れ替え方法について図5を参照して説明する。
図5の(a)はインタリーブ前のビット列が格納されるメモリ領域を示す模式図であり、(b)はインタリーブ後のビット列が格納されるメモリ領域を示す模式図である。(a)の行方向はシンボル数mであり、また列方向は変調クラスnである。
(a)のそれぞれの格子はビット列を構成するビット単位のデータが格納されるメモリの最小単位を示し、x(0)、x(1)・・・x(mn−1)はメモリ領域のメモリ番地を示す。また、図5の(b)のy(0)、y(1)・・・y(mn−1)も、メモリ領域のメモリ番地を示す。
インタリーブ部1cは、ステップS9〜ステップS9´のインタリーブ用ループ1において変数pに初期値として1を代入し、ステップS10〜ステップS10´のインタリーブ用ループ2において変数qに初期値として1を代入する。
インタリーブ部1cは、変数p及び変数qの値に基づいて、alpha (q×n−p) の擬似乱数を求め、この擬似乱数に基づいて、図5の(a)のメモリ番地x(alpha(q×n−p)) のメモリ領域に格納されているデータを、図5の(b)のメモリ番地y(q×n−p)のメモリ領域に入れ替える(ステップS11)。
インタリーブ部1cは、ステップS9〜ステップS9´のインタリーブ用ループ1のループ処理を1回行うごとに変数pの値を1ずつインクリメントし、変数pの値が変調クラスnになるまでインタリーブ用ループ1を実行し、またステップS10〜ステップS10´のインタリーブ用ループ2のループ処理を1回行うごとに変数qの値を1ずつインクリメントし、変数qの値が総シンボル数mになるまでインタリーブ用ループ2を実行する。
このステップS9〜ステップS9´のインタリーブ用ループ1及びステップS10〜ステップS10´のインタリーブ用ループ2は、インタリーブ部1cがステップS11の処理を繰り返し実行する為のループ処理であり、ステップS11を繰り返しインタリーブ部1cが実行することにより、図5の(a)のメモリ領域に格納されている全てのビット列のデータを図5の(b)のメモリ領域に入れ替え、データ信号のビット列の順番をランダム化する。
以上説明したように、本実施形態によれば、シリアル/パラレル変換部1dによるビット列の分割が行われる前段階で、インタリーブ部1cが上記式(1)に基づいて複数の乱数を算出し、この乱数に基づいてビット列のデータの順番の入れ替えを行う為、従来のように送信データをシリアル/パラレル変換した後でインターリーブ処理する場合に比較してインタリーブ処理を簡単化することができる。
一般的にOFDM変調におけるインタリーブ処理では、シリアル/パラレル変換した送信データのビット列にビットインターリーブ処理を施したり、及び/あるいは上記シリアル/パラレル変換してサブキャリア変調を施した変調信号に時間インターリーブ処理及び周波数インターリーブ処理を施すが、これらビットインターリーブ処理、時間インターリーブ処理及び周波数インターリーブ処理は個別のインターリーブ処理であり、よって各々のインターリーブ処理専用のプログラムが必要となる。
しかしながら、本実施形態では、シリアル/パラレル変換する前段階で送信データのビット列を乱数に基づいてインタリーブ部1cがランダム化することにより、上記各種のインターリーブ処理と同等のインターリーブ処理をインタリーブ部1cによって一括して行うことが可能であり、インターリーブ処理に関するプログラムの簡単化及びインターリーブ処理に要するメモリリソース等のリソースの節約を実現することができる。
また、乱数を算出する方法として、混合合同法を用いることにより、さらにリソースの節約を実現できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態では、基地局に上記インタリーブ処理を実行させたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、OFDM信号を出力することが出来るPHS端末及び携帯電話機等の移動端末に上記インタリーブ処理を実行させてもよい。
(2)上記実施形態では、乱数を算出する方法として混合合同法を用いたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、平方採中法及び乗算合同法等によって乱数を算出させてもよい。
本発明の一実施形態に係る基地局Aと移動端末Bによって構成される無線通信システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る基地局Aの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る基地局Aにおけるインタリーブ処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る本基地局Aの変調クラステーブルを示す模式図にである。 本発明の一実施形態に係る本基地局Aの擬似乱数に基づくインタリーブ処理のビット列の入れ替え方法について示す図である。
符号の説明
A…基地局、B…携帯端末、1…OFDM信号送信部、1a…CRC符号付加部、1b…誤り訂正符号付加部、1c…インタリーブ部、1d…シリアル/パラレル変換部、1e…サブキャリア変調部、1f…逆フーリエ変換部、1g…ガードインターバル挿入部、1h…無線信号送信部、2…OFDM信号受信部、2a…無線信号受信部、2b…ガードインターバル除去部、2c…フーリエ変換部、2d…サブキャリア復調部、2e…パラレル/シリアル変換部、2f…デインタリーブ部、2g…誤り訂正部、2h…CRC演算部、3…制御部

Claims (5)

  1. 送信データをOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)処理して送信するOFDM送信装置であって、
    キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化するインタリーブ部を具備することを特徴とするOFDM送信装置。
  2. 前記乱数発生手法は、混合合同法であることを特徴とする請求項1記載のOFDM送信装置。
  3. 前記キャリア変調における変調クラス及びシンボル数に応じて依存した情報を含むことを特徴とする請求項1または2記載のOFDM送信装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のOFDM送信装置のインタリーブ部に対応したデインタリーブ部を具備し、前記OFDM送信装置の送信信号を受信することを特徴とするOFDM受信装置。
  5. 送信データをOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)処理して送信する場合における送信データのインタリーブ方法であって、
    キャリア変調するためにシリアル/パラレル変換する前段階で、所定の乱数発生手法を用いて発生した乱数に基づいて送信データをランダム化することを特徴とするインタリーブ方法。
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