JP2010136028A - 信号生成装置及び信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する条件下でサブキャリア間の直交性を担保しつつ、少ないオーバーヘッドで多彩な２次の周期定常性の特徴を付与する。
【解決手段】逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置１は、送信データを変調し変調データを得る変調手段１０と、直列で入力された変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段１１と、並列データの一部又は全部を選択して複製し複製データを得る複製手段１２と、複製データについて信号点の位相を所定速度で回転させ位相回転データを得る位相回転手段１３と、直並変換手段１１により得られた並列データと位相回転手段１３により得られた位相回転データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段１４と、を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、２次の周期定常性の特徴を付与する信号生成装置及び信号生成方法に関する。

近年の通信システムにおいては、信号を受信した端末が受信した信号について情報を収集して通信状況を認識し、その認識した通信状況を分析し、その分析結果に基づき、当該端末に有利な、あるいは所望の通信品質（通信速度、誤り率などの所定の品質）を達成可能な信号送信用パラメータを使用して通信を行う、環境認識型の通信システムが、特に無線通信の分野において、検討されている。また、環境認識型の通信システムにおいては、端末における通信状況の認識において、信号の復調に基づいた情報収集が一般的に考えられている。

しかし、通信方式の異なる複数のシステムが混在して同一の領域で通信を行う場合、信号を互いに復調することができず、信号を受信したときに「信号が存在している」という状態の認識は可能である反面、それ以上の情報を収集することができないという問題がある。

これに対し、信号の統計量に着目し、受信信号についての情報を、統計量を計算することにより収集する手法が着目されている。その中でも、演算量が比較的少ない２次の周期定常性について、特に検討が行われている。２次の周期定常性は、異なるパラメータを有する信号に対して異なる特徴が出現する統計量であり、これを用いることにより、異なるパラメータを有する複数の信号を容易に識別することができる。したがって、通信方式の異なる複数のシステムが混在して同一の領域で通信を行う場合において、信号を受信したときに「信号が存在している」という情報に加え、「どのシステムに属する信号か」の情報を得ることが可能となる。しかし、この手法を用いたとしても、得られる情報量は極めて少なく、通信状況の認識をするためには十分ではない、という問題があった。

そこで、送信機が、人工的に２次の周期定常性の特徴を生成する信号に付与し、人工的に付与した統計量を介して、より多くの情報を送信する手法が検討されている（下記の特許文献１及び非特許文献１）。
特開２００８−０６１２１４号公報 Ｐ．Ｄ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｋ．Ｅ．Ｎｏｌａｎ ａｎｄ Ｌ．Ｅ．Ｄｏｙｌｅ、 "Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ ｉｎ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、" ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＪＳＡＣ）、 Ｖｏｌ．２６、 ｎｏ．１、 ｐｐ．１３−２４、 ２００８．

特許文献１においては、無線信号に統計量に基づくＩＤを付与する信号生成方法が開示されている。特許文献１の明細書の第６４段落から第７３段落では、マルチキャリア伝送において、所定の複数のサブキャリアにおいて同一のシンボルを送信させることにより周期定常性の特徴を付与する第一の無線信号生成方法が開示されている。また、第７０段落には、当該所定の複数のサブキャリアにおいて送信するシンボルとして、正弦波を離散化したシンボルを用いる第二の無線信号生成方法が開示されている。さらに、第６１段落に、周波数軸上で送信データ信号の複製を異なる周波数で送信する第三の無線信号生成方法が開示されている。非特許文献１においては、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式使用時に、一部のサブキャリアで送信するデータを複製し、他のサブキャリアにおいても同一のデータを送信するように逆フーリエ変換への入力を制御して送信信号を生成することにより、周期定常性の特徴を付与する無線信号生成方法が開示されている。

特許文献１における第一の無線信号生成方法と、非特許文献１の無線信号生成方法は、あるサブキャリアの送信信号と、当該サブキャリアから所定の数だけ離れたサブキャリアにおいて送信する信号とを同一にすることにより、当該所定の数に応じた周期定常性の特徴を有する信号を生成するものである。しかし、これらの発明によると、付与できる周期定常性の特徴の種類は、全体のサブキャリアの数に制限されるため、多くの種類の情報を周期定常性の特徴を用いて伝送することが困難である、という問題点があった。

また、特許文献１の第二の無線信号生成方法では、正弦波を離散化したシンボルを送信することを要素とするため、周期定常性付与のために使用するサブキャリアではデータを送信することができず、信号全体に対するオーバーヘッドが大きくなる、という問題点があった。

さらに、特許文献１の第三の無線信号生成方法では、送信信号を複製し周波数シフトした信号を当該送信信号と同時に送信するが、当該送信信号がＯＦＤＭ信号等の逆フーリエ変換を用いた信号生成方法により生成されている場合、周波数シフトにより、サブキャリア間の直交性が担保できず、受信側における復調性能が劣化する可能性がある、という問題点があった。

そこで、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する条件下でサブキャリア間の直交性を担保しつつ、少ないオーバーヘッドで多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる信号生成装置及び信号生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る信号生成装置は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、前記複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得る位相回転手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記位相回転手段により得られた前記位相回転データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、を具備することを特徴とする。

かかる構成により、逆フーリエ変換への入力シンボルを１シンボル単位で回転させ、１シンボルの間では位相回転させないため、受信時においてサブキャリア間の直交性を担保でき、同時に、信号全体として特定の周波数分だけ周波数シフトできる。これにより、復調時の劣化を少なくしつつ、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与した信号の生成が可能となる。なお、データ信号を複製するため、複製した分だけオーバーヘッドが存在することとなるが、複製元と複製先の両方が周期定常性付与のために用いられる場合と比較して、オーバーヘッドを半分に削減することができる。

なお、上記の信号生成装置は、前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段をさらに具備する構成とすることが望ましい。かかる構成により、付与したい周期定常性の特徴に応じて、信号点の位相の回転速度を制御し、システムの要件に応じた多彩な周期定常性の特徴を容易に付与することが可能となる。

また、上記の信号生成装置は、前記複製手段による複製対象となる前記並列データの選択を制御する複製対象選択制御手段をさらに具備する構成とすることが望ましい。かかる構成により、複製対象であるサブキャリアを自在に変更することが可能となり、より多彩な周期定常性の特徴を出現させることが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明に係る信号生成装置は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得る位相回転手段と、前記位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された前記位相回転データと前記直並変換手段により得られた前記並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを得るサブキャリア配置制御手段と、前記配置後並列データを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、を具備することを特徴とする。

かかる構成により、逆フーリエ変換への入力シンボルが１シンボルの間は不変であるため、送信信号のサブキャリア間の直交性を担保できる。また、直並変換手段により得られた並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させることにより、信号全体として特定の周波数分だけ周波数シフトできる。さらに、位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された位相回転データと直並変換手段により得られた並列データとを各サブキャリアへ配置する（並べ替える）ことで、各サブキャリアの周波数軸上での位置関係により、さらに多彩な周期定常性の特徴を出現させることが可能となる。

なお、上記の信号生成装置は、前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段をさらに具備する構成とすることが望ましい。かかる構成により、付与したい周期定常性の特徴に応じて、信号点の位相の回転速度を制御し、システムの要件に応じた多彩な周期定常性の特徴を容易に付与することが可能となる。

ところで、本発明は、上記の信号生成装置により実行される信号生成方法に係る発明として捉えることもでき、以下のように記述することができる。これらはそれぞれ、対応する上記の信号生成装置に係る発明と同様の作用・効果を奏する。

本発明に係る信号生成方法は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、送信データを変調し、変調データを得るステップと、直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換するステップと、前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得るステップと、前記複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得るステップと、前記並列データと前記位相回転データとを逆フーリエ変換するステップと、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る信号生成方法は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、送信データを変調し、変調データを得るステップと、直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換するステップと、前記並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得るステップと、前記位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された前記位相回転データと前記並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを得るステップと、前記配置後並列データを逆フーリエ変換するステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する条件下でサブキャリア間の直交性を担保しつつ、少ないオーバーヘッドで多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について順に説明する。

［第１実施形態］
［信号生成装置の構成］
まず、第１実施形態に係る信号生成装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る信号生成装置１の機能的構成を表すブロック図である。この図１に示すように、信号生成装置１は、変調手段１０と、直並変換手段１１と、複製手段１２と、位相回転手段１３と、逆フーリエ変換手段１４と、ＧＩ挿入手段１５と、並直変換手段１６とを備えている。

以下、図１を用いて、各機能要素について詳細に説明する。

変調手段１０は、送信されるデータＡ（以下「送信データＡ」という）を変調し、変調データを得る。ここでの変調とは、例えば位相変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等）、振幅変調（ＰＡＭ等）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等の変調方式に従って、送信データを同相成分及び直交成分から成る信号空間上へマッピングする手法を言う。

直並変換手段１１は、変調手段１０により得られ直列に出力された変調データを、並列に変換することにより、並列データを生成する。例えば、変調手段１０から出力された直列の変調データが長さＭの系列
であったとき、変調データを長さＮ（＜Ｍ）で区切り、以下のように並べることにより並列化する。
このとき、ＭがＮで割り切れない場合は、ｘ_Ｍ＋１以降の要素に、事前に定めたダミーのデータを挿入し、サイズが
の行列を生成し、並列データとする。なお、
は、aを超える最小の整数を表す。また、Ｎは、例えば逆フーリエ変換のサイズがＮ_Ｆであるとき、必ずＮ＜Ｎ_Ｆであるものとする。

複製手段１２は、並列データとして与えられた行列の一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを得る。例えば、上記並列データの第１列から第２列までのデータを複製する場合は、複製データとして、
が生成される。

位相回転手段１３は、複製データのそれぞれの列に、所定の角速度で位相回転する位相回転子を乗算し、位相回転データを得る。ここで、角速度２πｇのときの回転子は、以下のように表現される。
ただし、
であり、ｊは複素数を表す。また、θは初期位相である。以下、θは零として説明する。ここで、複製データのすべての列に対し、同一の角速度で位相回転させる場合、位相回転データは、行列(4)を行列(3)に左から乗算した結果となり、以下の式(6)で表現される。
なお、式(6)では、複製データのすべてに同一の回転子を乗算したが、それぞれ別個独立の回転子を乗算するようにしても良い。この場合、式(3)のそれぞれの列に対応する回転子の角速度を２πｇ_１、２πｇ_２とすると、位相回転データは、第１列から第２列までの各列ベクトルに、角速度に応じた回転子行列(4)を左側から乗算して得られたベクトルを連結して得られる行列となり、以下のように表される。
逆フーリエ変換手段１４は、直並変換手段１１から出力された並列データと位相回転手段１３から出力された位相回転データとを入力とし、当該入力信号を逆フーリエ変換し、得られた逆フーリエ変換信号を出力する。ここで、入力信号は、例えば、行列Ｘ_ｐとＸ_{ｒｏｔａｔｅｄ}を列方向に連結して得られる以下の行列とする。
このとき、入力される行列サイズは
となる。逆フーリエ変換手段１４は、入力される行列を高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）する。このとき、逆フーリエ変換のサイズは、（Ｎ＋２）より大きい必要がある。例えばサイズ（Ｎ＋２）のＩＦＦＴでは、以下の作用素
を、式(8)に対し右から乗算することにより、逆フーリエ変換信号を以下のように出力する。
ここに、逆フーリエ変換信号Ｘ_{Ｆ，ＯＵＴ}はマルチキャリア信号であり、第ｋサブキャリアにおいて、入力信号行列Ｘ_Ｆ，ＩＮの第ｋ列のデータが送信されることとなる。なお、サイズが（Ｎ＋２）より大きいＩＦＦＴでは、零行列を挿入することにより入力信号行列の列数を逆フーリエ変換サイズと等しくした上で、ＩＦＦＴを行う。

なお、上記の例では、逆フーリエ変換手段１４への入力信号として、行列Ｘ_ｐとＸ_{ｒｏｔａｔｅｄ}の連結による行列を使用したが、例えば、行列Ｘ_{ｒｏｔａｔｅｄ}を、行列Ｘ_ｐの所定の列とその隣接の列との間に挿入する形式としても良い。この場合、例えば、入力信号は、以下の通りとなる。
なお、ｎは、（Ｎ−１）以下の整数であり、
である。また、行列Ｘ_{ｒｏｔａｔｅｄ}を列ベクトルに分解し、それぞれの列ベクトルを(11)と同様にＸ_ｐの所定の列とその隣接の列との間に挿入する形式としても良い。

ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号の行列の一番右（又は一番左）から所定の列数のすべての要素を複製し、複製した要素を逆フーリエ変換信号に左（又は右）から列方向に連結することにより、ガードインターバル（ＧＩ）を挿入し、ＧＩ挿入信号を得る。例えば、ＧＩの長さ、即ち上記の所定の行数をＬとすると、ＧＩ挿入信号は以下のようになる。
ただし、
である。

並直変換手段１６は、ＧＩ挿入信号として入力された行列を直列データに変換し、得られた送信信号Ｂを出力する。送信信号Ｂは、式(13)のＧＩ挿入信号に対しては以下のようになる。
なお、
である。なお、送信信号は、式(15)の第１要素から順に、最後の
まで時間軸上の信号として出力される。以上により、周期定常性の特徴を付与した信号を生成することができる。付与される周期定常性の特徴についての詳細は、下記の本実施形態の効果の説明で述べる。

［信号生成装置に関する動作］
続いて、第１実施形態の信号生成装置１に関する動作（以下「信号生成動作」という）について説明する。図２には、信号生成装置１における信号生成動作に関する手順を示す。

本実施形態に係る信号生成動作において、信号に周期定常性の特徴を付与するにあたって、まず信号生成装置１の変調手段１０が、送信データＡを変調し変調データを取得する（図２のＳ１１）。変調データは直並変換手段１１へ直列で入力される。直並変換手段１１は、直列で入力された変調データを並列に変換し、並列データを取得する（Ｓ１２）。取得された並列データは、複製手段１２へ入力されるとともに、複製手段１２経由で逆フーリエ変換手段１４へ入力される。複製手段１２は、入力された並列データの一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを取得する（Ｓ１３）。取得された複製データは位相回転手段１３へ入力される。位相回転手段１３は、複製データの信号の位相を所定の角速度で位相回転させ、位相回転データを取得する（Ｓ１４）。取得された位相回転データは逆フーリエ変換手段１４へ入力される。逆フーリエ変換手段１４は、入力された並列データ及び位相回転データを高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、逆フーリエ変換信号を取得する（Ｓ１５）。取得された逆フーリエ変換信号は、ＧＩ挿入手段１５へ入力される。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号にＧＩ（ガードインターバル）を挿入し、ＧＩ挿入信号を取得する（Ｓ１６）。取得されたＧＩ挿入信号は並直変換手段１６へ並列で入力される。並直変換手段１６は、並列で入力されたＧＩ挿入信号を直列へ変換し、時間領域信号である送信信号Ｂを取得し出力する（Ｓ１７）。以上で、信号生成動作に係る処理を終了する。

［第１実施形態の効果］
続いて、第１実施形態の効果について説明する。上記の信号生成動作により、２次の周期定常性の特徴を有する信号を生成することができる。２次の周期定常性とは、主として２次の周期自己相関関数（Ｃｙｃｌｉｃ Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＣＡＦ）と、ＳＣＤ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）という統計量で表される性質をいう。

信号ｘ（ｔ）に対するＣＡＦは、
で表される。このとき、ＳＣＤは以下となる。
ここで、αはサイクル周波数、τはラグパラメータである。また、Ｘ_Ｔ（ｆ）は、時間信号ｘ（ｔ）をフーリエ変換したものであり、以下のように表現される。
このように、ＳＣＤは周波数相関と捉えることが可能である。また、ＣＡＦは、以下のようにも表現できる。
式(18)及び(20)から、２次の周期定常性の特徴は、信号と、その信号を周波数シフトした信号との相関であることが分かる。

本発明では、一部又は全部のサブキャリアで送信される変調データが複製され、位相回転を加えられ、他のサブキャリアで送信されることとなる。ここで、例えば、第ｕサブキャリアの信号が複製され、角速度ｗ＝２πｇ［ｒａｄ／シンボル］で位相回転を加えられ、第（ｍ＋ｕ）サブキャリアで送信されるものとした場合について、ＣＡＦ及びＳＣＤを求める。

第ｕサブキャリアで送信される第ｉ番目のシンボルをａ_ｉとする。このとき、第ｕサブキャリアの送信信号をフーリエ変換したものをＡ（ｆ）とする。これに対し、第（ｍ＋ｕ）サブキャリアでは、位相回転が加えられ、第ｉ番目の送信シンボルはａ_ｉｅ^{ｊ２πｇｉ}である。ここに、ｅ^{ｊ２πｇｉ}を、連続時間ｔを用いて表現すると、
となる。ここで、Ｔ_Ｓは、ＩＦＦＴ及びＧＩ挿入により得られるサブキャリアあたりの１シンボル時間である。このとき、ｅ^{ｊ２πｇｉ}は、式(21)より、周波数領域において、周波数成分（ｇ／Ｔ_Ｓ）が最大の成分となる関数である。このため、第（ｍ＋ｕ）サブキャリアで送信される信号であるａ_ｉｅ^{ｊ２πｇｉ}は、ａ_ｉを周波数軸上で（ｇ／Ｔ_Ｓ）だけ周波数シフトした成分を主成分として有する信号となる。

ここで、サブキャリア間周波数間隔をΔｆとし、第ｕサブキャリアのキャリア周波数が０であるとする。このとき、第ｕサブキャリアで送信されるシンボル列からなる送信信号の周波数表現をＡ（ｆ）とすると、Ａ（ｆ）は、周波数０を中心とした信号となる。これに対し、第（ｍ＋ｕ）サブキャリアにおいては、第ｕサブキャリアの送信信号と同一の信号を周波数軸上で（ｇ／Ｔ_Ｓ）だけシフトした成分を有する。このため、第（ｍ＋ｕ）サブキャリアにおける送信信号は（ｃＡ（ｆ−ｇ／Ｔ_Ｓ）＋Δ）と表現できる。ここで、ｃはｅ^{ｊ２πｇｉ}の周波数（ｇ／Ｔ_Ｓ）の成分における振幅であり、Δは、ｅ^{ｊ２πｇｉ}において生じる周波数（ｇ／Ｔ_Ｓ）以外の成分に起因する成分である。第（ｍ＋ｕ）サブキャリアでは、第ｕサブキャリアからｍΔｆだけ周波数シフトされるため、第ｕサブキャリアと第（ｍ＋ｕ）サブキャリアの信号のみを考慮し、第ｕサブキャリアの中心周波数を基準とした送信信号Ｘ（ｆ）は、十分長い観測時間Ｔに対して以下の通りとなる。
このとき、ＳＣＤは式(18)に式(22)を代入することにより得られ、以下となる。
ここで、
である。ここで、パラメータβ及びγに対して、β＝γであれば、任意のｆに対して（Ａ（ｆ＋β）×Ａ^＊（ｆ＋γ））が非零となり、他の場合は零又は極めて小さい値となる。したがって、式(23)より（α／２＝−α／２−ｇ／Ｔ_Ｓ−ｍΔｆ）又は（−α／２＝α／２−ｇ／Ｔ_Ｓ−ｍΔｆ）の場合、すなわち、（α＝−ｇ／Ｔ_Ｓ−ｍΔｆ）又は（α＝ｇ／Ｔ_Ｓ＋ｍΔｆ）の場合に、ＳＣＤは任意のｆに対してピークを有することが分かる。同様に、式(20)に式(22)を代入することにより、例えばτ＝０のときのＣＡＦも、（α＝−ｇ／Ｔ_Ｓ−ｍΔｆ）又は（α＝ｇ／Ｔ_Ｓ＋ｍΔｆ）においてピークを有することが分かる。このように、位相回転手段における信号の回転速度の設定（すなわち、ｇの設定）により、ＣＡＦ及びＳＣＤのピーク出現位置を可動させることができ、自在に２次の周期定常性の特徴を付与することが可能となる。

ここで、本発明では、送信するシンボルを位相回転させてＩＦＦＴへ入力するため、サブキャリア間の直交性はシンボル単位で保つことができる。従って、信号の受信には従来の復調装置があれば足りる（ただし、周期定常性の特徴を抽出するためには、それ専用の計算手段が必要である）。さらに、本発明は、送信信号を複製することにより周期定常性を付与するものであるため最小で１つのサブキャリアを周期定常性付与に用いるのみで足り、少ないオーバーヘッドで周期定常性の付与が可能となる。また、フレーム中すべての時間で周期定常性付与のためにサブキャリアを占有する必要はなく、周期定常性付与のための時間を限定することにより、さらにオーバーヘッドを削減することが可能である。

なお、ｅ^{ｊ２πｇｉ}は、送信シンボル数がＶであるとき、式(21)をフーリエ変換することにより、下記のように表現される。
これにより、上述の通り、ｆ＝ｇ／Ｔ_Ｓにおいて、ピークを有することが分かる。これに対し、例えばｆ＝（ｇ±ｎ／Ｖ）／Ｔ_Ｓ（ただしｎは整数）であるとき、式(25)は零となる。これを利用して、ある送信信号に対してｇを定めた場合、他の送信信号にはｆ＝（ｇ−１／Ｖ）／Ｔ_Ｓにおいてピークが出現するような角速度２πｇ’の位相回転子ｅ^{ｊ２πｇ’ｉ}を乗算することにより、ピーク位置を直交させることができ、効果的な周期定常性を用いた情報送信が可能となる。

［第１実施形態の信号生成装置に関する変形例］
続いて、第１実施形態に係る信号生成装置の各種の変形例について説明する。

第１の変形例は、複製手段１２において、入力された並列データのうち、複製対象となる列を固定し、複製対象となる列のシンボルを常に位相回転手段１３へ入力するよう構成したものである。この場合は、並列データの一部の列が常に複製手段１２から位相回転手段１３へ入力されることとなる。このため、複製手段１２を、複製対象となる列の並列データを配線等により分配するだけの構成に単純化することができる。図３には、複製手段１２を単なる配線の分岐に置き換えた場合の信号生成装置１の機能ブロック図を示す。なお、図３のように複製手段１２を単なる配線の分岐に置き換えるだけでは、逆フーリエ変換手段１４に入力されるシンボル間の電力に不整合が生じる可能性があるため、かかる不整合を防止するために、逆フーリエ変換手段１４に入力されるシンボル間の電力を整合させる手段を、複製手段１２と逆フーリエ変換手段１４との間（又は、複製手段１２と位相回転手段１３との間）に挿入するようにしても良い。また、複製手段１２を単なる配線の分岐とせずに、上記のような電力不整合が生じないような分配器等を複製手段１２に設けても良い。

第２の変形例は、位相回転手段１３における位相回転の角速度を変動させることにより、フレーム時間等の一定時間の経過又は外部からの制御信号等により、出現させる周期定常性の特徴を変動可能としたものである。具体的には、図４に示すように、信号生成装置１に回転速度制御手段１７を設け、信号生成装置１において、事前に定めた又は事前に外部から定められた付与統計量Ｃの情報に従って回転速度制御手段１７が位相回転速度を計算し、当該計算結果に基づいて位相回転手段１３が信号の位相回転速度を制御するよう構成する。このとき、第ｕサブキャリアのデータを複製し、位相回転の角速度が２πｇ（０≦ｇ＜１）で位相回転を加えられている当該複製データを第（ｍ＋ｕ）サブキャリアにおいて送信するならば、ＳＣＤ又はＣＡＦは、（α＝−ｇ／Ｔ_Ｓ−ｍΔｆ）又は（α＝ｇ／Ｔ_Ｓ＋ｍΔｆ）においてピークを有する。このため、ＳＣＤ又はＣＡＦのピークを出現させたいαを設定し、パラメータｇを、ｇ＝（±α＋ｍΔｆ）Ｔ_Ｓとすることにより、所望のαに対してＳＣＤ又はＣＡＦの特徴を出現させることが可能となる。

第３の変形例は、複製手段１２における複製対象となる並列データの列を変動させることにより、フレーム時間等の一定時間の経過又は外部からの制御信号等により、出現させる周期定常性の特徴を変動可能としたものである。具体的には、図５に示すように、信号生成装置１に複製対象選択制御手段１８をさらに設け、信号生成装置１において、事前に定めた又は事前に外部から定められた付与統計量Ｃの情報に従って複製対象選択制御手段１８が並列データの行列のうち複製対象となる列を計算し、複製対象選択のための制御情報となる当該計算結果に基づいて、複製手段１２が複製対象を選択するよう構成する。このとき、第ｕサブキャリアのデータを複製し、位相回転の角速度が２πｇで位相回転を加えられている当該複製データを第ｍサブキャリアにおいて送信するならば、ＳＣＤ又はＣＡＦは（α＝−ｇ／Ｔ_Ｓ−（ｍ−ｕ）Δｆ）又は（α＝ｇ／Ｔ_Ｓ＋（ｍ−ｕ）Δｆ）においてピークを有する。これによれば、複製対象を送信するサブキャリアを第ｍサブキャリアと定めれば、パラメータｇ（０≦ｇ＜１）とｕ（０≦ｕ≦Ｍ−１、ただし、Ｍは送信信号中のサブキャリアの総数であり、ｕ≠ｍ）を変動させることにより、所望のαにおいてＳＣＤ及びＣＡＦのピークを出現させることが可能となる。なお、第３の変形例では、図５の回転速度制御手段１７は必須の構成要件ではない。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係る信号生成装置について説明する。

図６に示す第２実施形態に係る信号生成装置１は、前述した第１実施形態に係る信号生成装置とほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。第２実施形態に係る信号生成装置１は複製手段１２を備えておらず、直並変換手段１１により得られた並列データの全部が位相回転手段１３に入力され、位相回転手段１３は、並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを取得する。また、信号生成装置１はサブキャリア配置制御手段１９を備えており、サブキャリア配置制御手段１９は、位相回転手段１３から入力された位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された位相回転データと直並変換手段１１により得られた並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを取得し逆フーリエ変換手段１４へ出力する。

続いて、第２実施形態の信号生成装置１に関する信号生成動作について概説する。図７には、第２実施形態の信号生成装置１における信号生成動作に関する手順を示す。第２実施形態に係る信号生成動作において、信号に周期定常性の特徴を付与するにあたって、まず信号生成装置１の変調手段１０が、送信データＡを変調し変調データを取得する（図７のＳ２１）。変調データは直並変換手段１１へ直列で入力される。直並変換手段１１は、直列で入力された変調データを並列に変換し、並列データを取得する（Ｓ２２）。取得された並列データは全て、位相回転手段１３およびサブキャリア配置制御手段１９へそれぞれ入力される。位相回転手段１３は、並列データの信号の位相を所定の角速度で位相回転させ、位相回転データを取得する（Ｓ２３）。取得された位相回転データはサブキャリア配置制御手段１９へ入力される。サブキャリア配置制御手段１９は、入力された位相回転データのうち、逆フーリエ変換する一部又は全部の位相回転データを選択し、選択された位相回転データと直並変換手段１１により得られた並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを取得する（Ｓ２４）。取得された配置後並列データは逆フーリエ変換手段１４へ入力される。逆フーリエ変換手段１４は、入力された配置後並列データを高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、逆フーリエ変換信号を取得する（Ｓ２５）。取得された逆フーリエ変換信号は、ＧＩ挿入手段１５へ入力される。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号にＧＩ（ガードインターバル）を挿入し、ＧＩ挿入信号を取得する（Ｓ２６）。取得されたＧＩ挿入信号は並直変換手段１６へ並列で入力される。並直変換手段１６は、並列で入力されたＧＩ挿入信号を直列へ変換し、時間領域信号である送信信号Ｂを取得し出力する（Ｓ２７）。以上で、信号生成動作に係る処理を終了する。

上記の第２実施形態の信号生成装置１は、サブキャリア配置制御手段１９によって、直並変換手段１１で取得された並列データと、位相回転手段１３で取得された位相回転データの全てとを入力とし、位相回転データのうち逆フーリエ変換手段１４へ入力するものの選択、及び、当該選択された位相回転データと、上記並列データとを各サブキャリアへ配置するよう構成したものである。かかる構成により、位相回転データおよび並列データの配置を柔軟に変更でき、ＳＣＤ又はＣＡＦのピークが出現するαを自在に設定することが可能となる。

なお、第２実施形態の信号生成装置１において、前述した第１実施形態の第２の変形例と同様に、位相回転手段１３における位相回転の角速度を変動させることにより、フレーム時間等の一定時間の経過又は外部からの制御信号等により、出現させる周期定常性の特徴を変動可能としてもよい。例えば、図８に示すように、信号生成装置１に回転速度制御手段１７を設け、信号生成装置１において、事前に定めた又は事前に外部から定められた付与統計量Ｃの情報に従って回転速度制御手段１７が位相回転速度を計算し、当該計算結果に基づいて位相回転手段１３が信号の位相回転速度を制御するよう構成すればよい。

ところで、上記の第１実施形態および第２実施形態では、直並変換手段１１により取得された並列データを逆フーリエ変換手段１４に直接挿入するＯＦＤＭ方式についての例が開示されているが、逆フーリエ変換を用いる信号生成手段であればＯＦＤＭ方式である必要はない。例えば、ＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリアＦＤＭＡ）方式に本発明を適用することができる。この場合、図９に示すように信号生成装置１において、直並変換手段１１の出力側にフーリエ変換手段２０を設け、直並変換手段１１で得られた並列データは、フーリエ変換手段２０によりフーリエ変換され、複製手段１２は、当該フーリエ変換後のデータを複製し、位相回転手段１３へ入力する。位相回転手段１３は、複製されたフーリエ変換後のデータを所定の回転速度で位相回転させたものを位相回転データとして逆フーリエ変換手段１４へ入力する。逆フーリエ変換手段１４は、位相回転手段１３から入力された位相回転データと、フーリエ変換手段２０から入力されたフーリエ変換後のデータとを入力信号として、当該入力信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施し、逆フーリエ変換信号を取得する。その後は、第１、第２実施形態と同様に、逆フーリエ変換信号は、ＧＩ挿入手段１５でＧＩ（ガードインターバル）が挿入されＧＩ挿入信号となり、並列で並直変換手段１６に入力されたＧＩ挿入信号は、並直変換手段１６により直列へ変換され、時間領域信号である送信信号Ｂとして出力される。以上のように、図９に示す構成により、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式の信号に対しても同様に、ＳＣＤ又はＣＡＦの特徴を付与することができる。

なお、前述した第１、第２実施形態に係る信号生成装置１は、ハードウェア構成としては、データを記憶可能なコンピュータシステムまたはその他の任意のデバイスにより構成することができる。例えば、図１０に示すように、信号生成装置１は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムなどを実行するＣＰＵ３１と、ＲＯＭ及びＲＡＭで構成される主記憶部３２と、不揮発性メモリなどで構成される補助記憶部３３と、外部とのデータ入出力を制御する入出力制御部３４と、モニタなどで構成される表示部３５と、文字・数字入力及び実行指示を行うキーで構成される操作部３６とを備えた構成とすることができる。

第１実施形態に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第１実施形態に係る信号生成処理の手順を示す流れ図である。 図１の信号生成装置の第１の変形例の機能的構成を表すブロック図である。 図１の信号生成装置の第２の変形例の機能的構成を表すブロック図である。 図１の信号生成装置の第３の変形例の機能的構成を表すブロック図である。 第２実施形態に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第２実施形態に係る信号生成処理の手順を示す流れ図である。 図６の信号生成装置の変形例の機能的構成を表すブロック図である。 ＳＣ−ＦＤＭＡ方式を用いる場合の信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第１、第２実施形態に係る信号生成装置のハードウェア構成例を表すブロック図である。

符号の説明

１…信号生成装置、１０…変調手段、１１…直並変換手段、１２…複製手段、１３…位相回転手段、１４…逆フーリエ変換手段、１５…ＧＩ挿入手段、１６…並直変換手段、１７…回転速度制御手段、１８…複製対象選択制御手段、１９…サブキャリア配置制御手段、２０…フーリエ変換手段、３１…ＣＰＵ、３２…主記憶部、３３…補助記憶部、３４…入出力制御部、３５…表示部、３６…操作部。

Claims (7)

1. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、
   送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、
   前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、
   前記複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得る位相回転手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記位相回転手段により得られた前記位相回転データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
   を具備する信号生成装置。
2. 前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段、
   をさらに具備する請求項１に記載の信号生成装置。
3. 前記複製手段による複製対象となる前記並列データの選択を制御する複製対象選択制御手段、
   をさらに具備する請求項１又は２に記載の信号生成装置。
4. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、
   送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、
   前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得る位相回転手段と、
   前記位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された前記位相回転データと前記直並変換手段により得られた前記並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを得るサブキャリア配置制御手段と、
   前記配置後並列データを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
   を具備する信号生成装置。
5. 前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段、
   をさらに具備する請求項４に記載の信号生成装置。
6. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、
   送信データを変調し、変調データを得るステップと、
   直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換するステップと、
   前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得るステップと、
   前記複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得るステップと、
   前記並列データと前記位相回転データとを逆フーリエ変換するステップと、
   を具備する信号生成方法。
7. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、
   送信データを変調し、変調データを得るステップと、
   直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換するステップと、
   前記並列データの全部について、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相回転データを得るステップと、
   前記位相回転データの一部又は全部を選択し、選択された前記位相回転データと前記並列データとを各サブキャリアへ配置し、配置後並列データを得るステップと、
   前記配置後並列データを逆フーリエ変換するステップと、
   を具備する信号生成方法。