JP2010171738A - 無線通信装置及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】データレートの低下を抑え、効率的にピーク電力を所望の値に抑えつつデータレートの最適化を行う。
【解決手段】サブキャリア識別器10−2は、IFFT後のピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア数を増加しながら、各サブキャリアのCINRに基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア数及びサブキャリア位置、データレートを補正するサブキャリア位置を決定する。ピーク抑圧信号生成器10−3は、挿入するピーク抑圧信号を生成し、適応変調器10−1は、指定されたサブキャリアにおいて適応変調を行う。NDB−SC挿入部10−4は、サブキャリア数及びサブキャリア位置に基づいて、ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入する。
【選択図】図1
【解決手段】サブキャリア識別器10−2は、IFFT後のピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア数を増加しながら、各サブキャリアのCINRに基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア数及びサブキャリア位置、データレートを補正するサブキャリア位置を決定する。ピーク抑圧信号生成器10−3は、挿入するピーク抑圧信号を生成し、適応変調器10−1は、指定されたサブキャリアにおいて適応変調を行う。NDB−SC挿入部10−4は、サブキャリア数及びサブキャリア位置に基づいて、ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入する。
【選択図】図1
Description
本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交波周波数分割多重)方式を用いる無線通信装置、及び通信方法に関する。
OFDM送信機において、ピーク電力を低減する手法としては、図7に示すように、データを割り当てないサブキャリア(以下、NDB−SC:Non Data Bearing Subcarrier)をピーク抑圧信号生成器3で予め用意し、逆高速フーリエ変換器4での逆高速フーリエ変換後の信号がデータサブキャリアのピークを抑圧するように、逆高速フーリエ変換器4にNDB−SCを挿入し、情報ビットの変調器1での変調、直並列変換器2でのシリアル/パラレル変換、逆高速フーリエ変換器4での逆高速フーリエ変換、並直列変換器5でのパラレル/シリアル変換、GI挿入部6でのガードインターバルの挿入後、信号を送信する方法が知られている。
この手法は、他のピーク電力低減手法と比較して、(1)クリッピング、及びフィルタリングにより生じる帯域内外への干渉を生じない、(2)送信側でピークを低減するように最適化された各サブキャリアの位相回転に関する情報を、受信側で復調を行うためのサイドインフォメーションとして送信する必要がない等の利点を有する。
非特許文献1による従来技術では、図8に示すように、逆高速フーリエ変換後の信号がピーク値をキャンセルするように、NDB−SCに挿入する信号を推定して挿入する。信号の推定手法としては、射影勾配法や、凸射影法など、様々な方法が考えられている。
また、非特許文献2による従来技術では、ピーク電力が最小になる変調シンボル(ダミー系列)を複数候補の中から選択し、NDB−SCに挿入する。
一方、特許文献1による従来技術では、OFDMのデータレートを最適化するために、各サブキャリアのチャネル状態(CINR:Carrier to Interference and Noise Ratio)を基準に、変調方式を適応的に変化させるサブキャリア適応変調方式が提案されている。
B. S. Krongol et al., "An Active-set Approach for OFDM PAR Reduction via Tone Reservation," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 52, no. 2, Feb. 2004.
Heung-Gyoon Ryu et al., "Dummy Sequence Insertion for PAPR Reduction in the OFDM Communication System," IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 50, no. 1, Feb. 2004.
しかしながら、上述したNDB−SCを用いるピーク電力抑圧手法は、データを割り当てないサブキャリアを用いるために、データレートが低下するという問題がある。また、NDB−SCとして用いるサブキャリアの数が固定であるために、ピーク電力が所望の値に収まるような場合や、ピーク抑圧用に予め決められている数程、多く必要としない場合においては、冗長にNDB−SCを用いることとなる。
一方、特許文献1による従来技術では、ピーク電力に関して考慮していないため、従来のOFDM技術と同様に、電力増幅器のバックオフを大きくとる必要があり、電力効率が劣化するという問題がある。また、同技術に対し、非特許文献1や、非特許文献2による従来技術を適用する場合、NDB−SC位置が時間的に固定であるため、NDB−SC以外のサブキャリアのみで変調多値数の制御を行う必要があるという問題がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、データレートの低下を抑えることができ、効率的にピーク電力を所望の値に抑えつつデータレートの最適化を行うことができる無線通信装置、及び通信方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、OFDMを用いた、逆フーリエ変換後の信号のピーク値を抑圧しつつ通信を行う無線通信装置であって、前記逆フーリエ変換後の信号のピーク電力を算出するピーク電力算出手段と、前記ピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア(NDB−SC)数を増加しながら、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を決定するサブキャリア識別手段と、前記NDB−SCのサブキャリア位置に基づいて、NDB−SC以外のサブキャリアでデータの適応変調を行う適応変調手段と、前記NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置と前記適応変調の結果の変調信号とに基づいて、ピーク抑圧信号を生成するピーク抑圧信号生成手段と、前記適応変調された各サブキャリアの変調信号に対し、前記ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入し、逆フーリエ変換の入力側へ出力する挿入手段と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記サブキャリア識別手段は、各サブキャリアのチャネル状態としてCINRが低いサブキャリアを、NDB−SCとして選択することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記サブキャリア識別手段は、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、データレートを補正するサブキャリア位置を決定し、その際、各サブキャリアのチャネル状態としてCINRの高いサブキャリアから順次、所望のビット誤り率を満たす最大の変調多値数まで変調多値数を増加させることを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記サブキャリア識別手段は、NDB−SCの数を固定とし、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を適応的に変化させることを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記サブキャリア識別手段は、NDB−SCの数を固定とし、NDB−SCを、可変長のブロックに分割し、該分割した各ブロックの挿入位置を適応的に変化させることを特徴とする。
本発明に係る通信方法は、OFDMを用いた、逆フーリエ変換後の信号のピーク値を抑圧しつつ通信を行う通信方法であって、前記逆フーリエ変換後の信号のピーク電力を算出するステップと、前記ピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア(NDB−SC)数を増加しながら、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を決定するステップと、前記NDB−SCのサブキャリア位置に基づいて、NDB−SC以外のサブキャリアでデータの適応変調を行うステップと、前記NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置と前記適応変調の結果の変調信号とに基づいて、ピーク抑圧信号を生成するステップと、前記適応変調された各サブキャリアの変調信号に対し、前記ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入し、逆フーリエ変換の入力側へ出力するステップと、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、データレートの低下を抑えることができると共に、効率的にピーク電力を所望の値に抑えつつデータレートの最適化を行うことができるという効果が得られる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態による無線通信装置(送信機)の構成を示すブロック図である。図1において、送信機は、サブキャリア制御部10、直並列変換器11、逆高速フーリエ変換器12、並直列変換器13、ピーク判定部14、及びGI挿入部15を有する。サブキャリア制御部10は、適応変調器10−1、サブキャリア識別器10−2、ピーク抑圧信号生成器10−3、及びNDB−SC挿入部10−4からなる。
適応変調器10−1は、サブキャリア識別器10−2から指定されたサブキャリアにおいて、情報ビットの適応変調を行う。サブキャリア識別器10−2は、各サブキャリアのCINRに基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア数、サブキャリア位置、及びデータレートを補正するサブキャリア位置を決定する。ピーク抑圧信号生成器10−3は、NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置、並びに、適応変調器10−1による適応変調の結果の変調信号に基づいて、NDB−SCに挿入するピーク抑圧信号を生成し、NDB−SC挿入部10−4に供給する。NDB−SC挿入部10−4は、適応変調器10−1から出力された各サブキャリアの変調信号に対し、ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入する。
直並列変換器11は、ピーク抑圧信号挿入後の各サブキャリアの信号をシリアル/パラレル変換し、逆高速フーリエ変換器12は、逆高速フーリエ変換(IFFT)し、並直列変換器13は、パラレル/シリアル変換する。ピーク判定部14は、IFFT後の信号のピーク値を判定し、該ピーク値をサブキャリア識別器10−2に供給する。サブキャリア識別器10−2は、該ピーク値が所望のピーク電力Pthrよりも高い場合、NDB−SC数を増やす。サブキャリア制御部10では、ピーク電力がPthr以下になるまで、NDB−SC数の増加に係る処理が繰り返し行われる。
図2は、本実施形態による無線通信装置(送信機)の動作を説明するためのフローチャートである。但し、NDB−SC数をkとする。まず、サブキャリア識別器10−2は、NDB−SC数をk=Kに初期化し(ステップSa1)、CINRが低いk個のサブキャリアをNDB−SCとして選択し(ステップSa2)、ピーク抑圧信号を推定する(ステップSa3)。
ここで、ピーク抑圧信号の推定とは、まず、サブキャリア識別器10−2において、各サブキャリアのCINRに基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア数、サブキャリア位置、及びデータレートを補正するサブキャリア位置を決定し、適応変調器10−1で、サブキャリア識別器10−2から指定されたサブキャリアにおいて情報ビットの適応変調を行い、ピーク抑圧信号生成器10−3で、NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置、並びに、適応変調器10−1による適応変調の結果の変調信号に基づいて、NDB−SCに挿入するピーク抑圧信号を生成することを意味する。
そのピーク抑圧信号生成器10−3から出力されるピーク抑圧信号は、適応変調器10−1から出力される各サブキャリアの変調信号に対し、NDB−SC挿入部10−4においてNDB−SC位置に挿入される。該挿入後の各サブキャリアの信号は、直並列変換器11で、シリアル/パラレル変換され、逆高速フーリエ変換器12で逆離散フーリエ変換(IFFT)される(ステップSa4)。その後、並直列変換器13で、パラレル/シリアル変換し、ピーク判定部14で、IFFT後の信号のピーク電力Pを計算し(ステップSa5)、該ピーク電力Pをサブキャリア識別器10−2に供給する。
サブキャリア識別器10−2では、ピーク電力Pが所望のピーク電力Pthr以下であるか否かを判定し(ステップSa6)、ピーク電力Pが所望のピーク電力Pthrよりも大きい場合(ステップSa6のNO)、NDB−SC数kを「1」だけ増し(ステップSa7)、ステップSa2に戻る。すなわち、ピーク電力Pが所望のピーク電力Pthrよりも大きい場合には、サブキャリア制御部10において、上述した処理、すなわち、ステップSa1〜Sa7を繰り返し実行する。そして、ピーク電力Pが所望のピーク電力Pthr以下になると(ステップSa6のYES)、当該処理を終了する。
本実施形態では、データレートの補正法として、以下の2つの基準、データレート固定、及びデータレート最適化を想定している。
[データレート固定]
まず、データレート固定では、NDB−SCにおいて送信することのできないビット数分をCINRの高いサブキャリアから順に変調多値数を増加させることで補う。
まず、データレート固定では、NDB−SCにおいて送信することのできないビット数分をCINRの高いサブキャリアから順に変調多値数を増加させることで補う。
図3は、本実施形態による、データレート固定を適用した場合の動作を説明するためのフローチャートである。同図において、Nは全サブキャリア数を表し、CINRが高い順からインデックスiを用いてサブキャリアを表す。また、Sbitは増加させるビット数の合計を表す。
まず、NDB−SCを用いることにより、低下する送信ビット数NbitをNbit=kMにより計算する(ステップSb1)。但し、Mは、データ伝送を行うサブキャリアで共通の変調多値数を表す。次に、インデックスiを「1」に初期化し(ステップSb2)、第i番目にCINRの高いサブキャリアにおいて所望のビット誤り率を満たす、最大の変調多値数を選択し(ステップSb3)、増加させる送信ビット数の合計Sbitを計算する(ステップSb4)。なお、ステップSb4の計算式の右辺第1項は、第i番目にCINRが大きいサブキャリアにおいて所望のビット誤り率を満たす最大の変調多値数を表す。
次に、送信ビット数の合計Sbitが送信ビット数Nbit以上であるか否かを判定し(ステップSb5)、送信ビット数の合計Sbitが送信ビット数Nbit以上でなければ、iがN−k以上であるか否か、すなわち、全サブキャリアに対して処理を行ったか否かを判定する(ステップSb6)。そして、全サブキャリアに対して処理を行っていなければ(ステップSb6のYES)、インデックスiを「1」だけインクリメントし(ステップSb7)、ステップSb3に戻り、上述した処理を繰り返す。
すなわち、CINRの高いサブキャリアから順次、所望のビット誤り率を満たす最大の変調多値数まで多値数を増加させる。この処理は、増加させるビット数の合計Sbitが送信ビット数Nbitになるか(ステップSb5でYES)、もしくはNDB−SC以外の全サブキャリアに関して試行するまで(ステップSb6でNO)行われる。
[データレート最適化]
データレート最適化では、全てのデータサブキャリア(NDB−SC、及びパイロットサブキャリア)以外のサブキャリアにおいて適応変調を行う。この基準は、サブキャリア適応変調を用いるOFDM方式においてピーク電力を低減する手法であると捉えることができる。ピーク電力の抑圧信号は、CINRが低いk個のサブキャリアにおいて、前述した非特許文献1、もしくは、非特許文献2と同様の手法で生成する。
データレート最適化では、全てのデータサブキャリア(NDB−SC、及びパイロットサブキャリア)以外のサブキャリアにおいて適応変調を行う。この基準は、サブキャリア適応変調を用いるOFDM方式においてピーク電力を低減する手法であると捉えることができる。ピーク電力の抑圧信号は、CINRが低いk個のサブキャリアにおいて、前述した非特許文献1、もしくは、非特許文献2と同様の手法で生成する。
[簡略型サブキャリア制御]
上記手法の処理量を軽減するための手法として、以下の簡略型の手法が適用できる。
上記手法の処理量を軽減するための手法として、以下の簡略型の手法が適用できる。
(A)NDB−SC数固定
上述した制御方式では、NDB−SC数を適応的に変化させるための繰り返し処理が必要となる。そのため、NDB−SC数を固定値に設定し、NDB−SC位置のみを適応的に変化させる。
上述した制御方式では、NDB−SC数を適応的に変化させるための繰り返し処理が必要となる。そのため、NDB−SC数を固定値に設定し、NDB−SC位置のみを適応的に変化させる。
図4は、本実施形態による、NDB−SC数固定方式の動作を説明するためのフローチャートである。まず、サブキャリア識別器10−2は、NDB−SC数をk=Kに初期化し(ステップSc1)、CINRが低いk個のサブキャリアを、NDB−SCとして選択し(ステップSc2)、NDB−SC以外のサブキャリアにおける適応変調によりデータレートを補償し(ステップSc3)、ピーク抑圧信号を推定する(ステップSc4)。
すなわち、サブキャリア識別器10−2において、各サブキャリアのCINRに基づいて、サブキャリア位置、及びデータレートを補正するサブキャリア位置を決定し、適応変調器10−1で、NDB−SC以外のサブキャリアにおける適応変調によりデータレートを補償し、ピーク抑圧信号生成器10−3で、挿入するピーク抑圧信号を生成する。その後、直並列変換器11で、シリアル/パラレル変換し、逆高速フーリエ変換器12で逆高速フーリエ変換する(ステップSc5)。
この場合、図4に示すように、繰り返し処理を行わないため、処理量が大幅に低減できるが、冗長にNDB−SCを用いる必要があるか、もしくは、所望のピーク電力値に収まらない可能性がある。
(B)NDB−SCのブロック化
上述した(A)NDB−SC数固定をさらに簡略化するために、NDB−SCのブロック化では、サブキャリア制御部10は、NDB−SCをブロック化し、ブロック位置を適応的に選択する。NDB−SC数は固定である。ブロック数bは、処理量と自由度によるデータレート損失の低減量とのトレードオフを考慮しながら決定する。また、各ブロックのブロック長は可変とし、合計NDB−SC数が固定となるように決定する。
上述した(A)NDB−SC数固定をさらに簡略化するために、NDB−SCのブロック化では、サブキャリア制御部10は、NDB−SCをブロック化し、ブロック位置を適応的に選択する。NDB−SC数は固定である。ブロック数bは、処理量と自由度によるデータレート損失の低減量とのトレードオフを考慮しながら決定する。また、各ブロックのブロック長は可変とし、合計NDB−SC数が固定となるように決定する。
図5は、本実施形態による、NDB−SCのブロック化を適用した場合の動作を説明するためのフローチャートである。まず、サブキャリア識別器10−2は、CINRが低いb個のサブキャリアブロックを、NDB−SCブロックとして選択し(ステップSd1)、NDB−SC以外のサブキャリアにおける適応変調によりデータレートを補償し(ステップSd2)、ピーク抑圧信号を推定する(ステップSd3)。
すなわち、サブキャリア識別器10−2において、各サブキャリアのCINRに基づいて、CINRが低いb個のサブキャリアブロックを、NDB−SCブロックとして選択し、適応変調器10−1で、NDB−SC以外のサブキャリアにおける適応変調によりデータレートを補償し、ピーク抑圧信号生成器10−3で、挿入するピーク抑圧信号を生成する。その後、直並列変換器11で、シリアル/パラレル変換し、逆高速フーリエ変換器12で逆高速フーリエ変換する(ステップSd4)。
上述したNDB−SCのブロック化によれば、ブロック数を「1」とした場合、1つのブロック位置を選択すればよいので、より処理量を低減することができる。
次に、図6は、本実施形態による送信機に対応する受信機の構成を示すブロック図である。受信機は、GI除去部20、直並列変換器21、高速フーリエ変換器22、CINR計算部23、NDB−SC除去部24、及び並直列変換器25を有する。
受信信号は、従来のOFDM受信機と同様に、GI除去部20でガードインターバルが除去され、直並列変換器21でシリアル/パラレル変換され、高速フーリエ変換器22で高速フーリエ変換(FFT)される。FFT後、CINR部23で、各サブキャリアのCINRを計算し、NDB−SC除去部24で、所定のNDB−SC数分だけ、CINRが低いサブキャリアを除去することにより、データサブキャリアを抽出する。但し、NDB−SC数が図2に示す場合のように固定でない場合には、送信機から受信機にNDB−SC数を通知する何らかの機能があるものとする。その後、並直列変換器25で、抽出されたサブキャリアの信号を直列化した後、復調する。
上述した実施形態によれば、NDB−SCを用いるOFDM送信機において、従来技術の問題点であったデータレートの低下を抑えることができる。また、サブキャリア適応変調を用いるOFDM方式と親和性の高いピーク電力削減方式であり、同時に用いた場合に、効率的にピーク電力を所望の値に抑えつつデータレートの最適化を行うことができる。
なお、本発明は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式および、より一般化された形態のマルチキャリア方式にも適用することができる。
10…サブキャリア制御部、10−1…適応変調器、10−2…サブキャリア識別器、10−3…ピーク抑圧信号生成器、10−4…NDB−SC挿入部、11…直並列変換器、12…逆高速フーリエ変換器、13…並直列変換器、14…ピーク判定部、15…GI挿入部、20…GI除去部、21…直並列変換器、22…高速フーリエ変換器、23…CINR計算部、24…NDB−SC除去部、25…並直列変換器
Claims (6)
- OFDMを用いた、逆フーリエ変換後の信号のピーク値を抑圧しつつ通信を行う無線通信装置であって、
前記逆フーリエ変換後の信号のピーク電力を算出するピーク電力算出手段と、
前記ピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア(NDB−SC)数を増加しながら、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を決定するサブキャリア識別手段と、
前記NDB−SCのサブキャリア位置に基づいて、NDB−SC以外のサブキャリアでデータの適応変調を行う適応変調手段と、
前記NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置と前記適応変調の結果の変調信号とに基づいて、ピーク抑圧信号を生成するピーク抑圧信号生成手段と、
前記適応変調された各サブキャリアの変調信号に対し、前記ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入し、逆フーリエ変換の入力側へ出力する挿入手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記サブキャリア識別手段は、各サブキャリアのチャネル状態としてCINRが低いサブキャリアを、NDB−SCとして選択することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記サブキャリア識別手段は、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、データレートを補正するサブキャリア位置を決定し、その際、各サブキャリアのチャネル状態としてCINRの高いサブキャリアから順次、所望のビット誤り率を満たす最大の変調多値数まで変調多値数を増加させることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記サブキャリア識別手段は、NDB−SCの数を固定とし、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を適応的に変化させることを特徴とする請求項3記載の無線通信装置。
- 前記サブキャリア識別手段は、NDB−SCの数を固定とし、NDB−SCを、可変長のブロックに分割し、該分割した各ブロックの挿入位置を適応的に変化させることを特徴とする請求項3記載の無線通信装置。
- OFDMを用いた、逆フーリエ変換後の信号のピーク値を抑圧しつつ通信を行う通信方法であって、
前記逆フーリエ変換後の信号のピーク電力を算出するステップと、
前記ピーク電力が所定のピーク電力閾値以下となるまで、順次、データを割り当てないサブキャリア(NDB−SC)数を増加しながら、各サブキャリアのチャネル状態に基づいて、NDB−SCを挿入するサブキャリア位置を決定するステップと、
前記NDB−SCのサブキャリア位置に基づいて、NDB−SC以外のサブキャリアでデータの適応変調を行うステップと、
前記NDB−SCのサブキャリア数及びサブキャリア位置と前記適応変調の結果の変調信号とに基づいて、ピーク抑圧信号を生成するステップと、
前記適応変調された各サブキャリアの変調信号に対し、前記ピーク抑圧信号をNDB−SC位置に挿入し、逆フーリエ変換の入力側へ出力するステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
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2009
- 2009-01-22 JP JP2009012359A patent/JP2010171738A/ja active Pending
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