JP2011041184A - 送信装置及び送信方法、受信装置及び受信方法 - Google Patents

送信装置及び送信方法、受信装置及び受信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 従来と同等の通信特性を維持しながら、従来の通信装置よりもビットインターリーブ処理にかかる回路規模を削減し、処理速度を向上させる。
【解決手段】 従来のビットインターリーバよりも小さいサイズの小型ビットインターリーバ11aを用い、ビット系列をN組に分割してビットインターリーブ処理及びその後の一次変調部12aにおける一次変調処理を実施する。そして、一次変調によって得られたN組分の一次変調シンボルをまとめてトーンインターリーブIFFT部14aに入力し、トーンインターリーブと逆フーリエ変換を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ビット系列を構成するビットの並び替えを行うインターリーブ手段を備えた送信装置及びデインターリーブ手段を備えた受信装置に関するものである。
一般に、誤り訂正符号化を適用した無線通信では、伝送路利得の落ち込みや高いレベルの雑音などによる伝送誤りを回避するため、誤り訂正符号化された連続するビット系列を離して誤りを分散させる必要がある(以降、あるビット系列内における連続する誤り訂正符号化ビット間の距離を、符号化ビット間距離、または単にビット間距離と呼ぶことがある。)。
特に、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)に代表されるマルチキャリア伝送において通信品質を維持するためには、伝送路利得の落ち込んだ周波数帯による連続誤りを回避することが重要である。符号化ビット間距離を離すためには、送信装置において符号化ビット系列に対してビットインターリーブを適用するのが効果的であることが知られており、米国の無線LAN(Local Area Network)規格であるIEEE802.11a(非特許文献1参照)等においても採用されている。
図30に、一般的な従来のOFDMベースバンド変復調ブロック図を示す。
送信装置では、誤り訂正符号化部10において入力情報データs10に対し、誤り訂正符号化を行う。このとき、伝送レートを向上させる場合には符号化ビットの間引き処理(パンクチャ処理)も併せて行う。次に、ビットインターリーバ11において符号化ビット系列s11の並び替えを行う。一次変調部12では、インターリーブされたビット系列s12に対して位相シフトキーイング(Phase Shift Keying: PSK)や直交振幅変調(Quadrature Amplitude Modulation: QAM)等の一次変調を行い、一次変調シンボルにビットをマッピングする。
生成された一次変調シンボル系列s13は、シリアル-パラレル変換(S/P変換)部13にてサブキャリア信号s14に並列化され、高速逆フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)部14にてサブキャリア信号s14から時間信号s15に変換される。変換された並列の時間信号s15はパラレル-シリアル変換(P/S変換)部15にて時間信号系列s16に直列化され、ガードインターバル(Guard Interval: GI)挿入部にて各OFDMシンボル先頭にGIが挿入され、OFDMベースバンド信号s17が出力される。このOFDMベースバンド信号s17は、受信装置に対して送信される。
受信装置では、送信装置から送信されたOFDMベースバンド時間信号を受信する。GI除去部20においてOFDMベースバンド時間信号s20からGIを除去し、S/P変換部21において直列信号s21を並列な時間信号s22に変換する。高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform: FFT)部22において時間信号s22をサブキャリア信号s23に変換する。P/S変換部23において並列なサブキャリア信号s23を直列化し、一次復調部24において各一次変調シンボルのマッピングビットが検出される。検出ビット系列s25はビットデインターリーバ25によりデインターリーブが施され、正しいビット系列s26に並び替えられる。誤り訂正復号部26においてビット系列s26に誤り訂正復号が適用され、情報データs27に復号される。
一般的なビットインターリーバの動作を図31に示す。この例では、簡単のため4*4のメモリブロックを備えたインターリーバとしている。符号化ビット系列をビットインターリーバが有するメモリブロックの最上位行から横方向に順次書き込み、全ビットの書き込みが終了した後、メモリブロックの最左列から縦方向に順次ビットを読み出し、これをビットインターリーバ出力とする。これにより、符号化ビット間距離を離すことができる。受信装置では、復調後の検出ビット系列に対してこの逆操作(ビットデインターリーブ)を行うことによって、正しい符号化ビット系列に復元できる。
他方、マルチキャリア伝送において誤り分散を実現する方策として、各サブキャリアにマッピングする一次変調シンボルを並び替えるトーンインターリーブ技術がある。トーンインターリーブにより、特定の周波数帯の伝送路品質が落ち込むことによる伝送誤りを分散させることができる(図32参照)。
特許文献1では、FFT部及びIFFT部の回路構造を利用し、従来回路に比べて処理量を追加することなくトーンインターリーブを実現するアイデアが記載されている。特許文献2では、IFFT部へのベースバンド信号の入力方法を工夫し、処理遅延が少なく回路規模の小さいトーンインターリーブ回路を実現する手段について述べられている。
図33、34にそれぞれ通常のIFFT部14およびFFT部22の回路を示す。ここでは、簡単のためIFFT部14およびFFT部22のポイント数を16とする。IFFT部14を例にとると、送信装置においてS/P変換後のサブキャリア信号0〜15(s14)は、ビット逆順処理と呼ばれる信号の並び替えにより、中間信号s140に変換される。このビット逆順処理は、逆フーリエ変換処理のための並び替えである。この中間信号s140はIFFT用バタフライ演算処理の入力用信号となる。中間信号s140は、IFFT用バタフライ演算部142により時間信号系列a〜p(s15)に変換される。FFT部22においては、上記と逆順の処理が実施され、時間信号a〜p(s22)にFFT用バタフライ演算を適用し、ビット逆順処理によりサブキャリア信号0〜15(s23)に変換される。なお、上記のIFFT部14およびFFT部22の回路構成は一例であり、これらを実現する手段ではこの限りではない。
図35、36に、トーンインターリーブ機能を備えたIFFT部14t(以降、トーンインターリーブIFFT部と呼ぶ。)およびトーンデインターリーブ機能を備えたFFT部22t(以降、トーンデインターリーブFFT部と呼ぶ。)の一例を示す。これらは、特許文献1および2に記載の実現手段を参考にしている。トーンインターリーブIFFT部14tを例にとると、サブキャリア信号0〜15(s14)は、トーンインターリーバ14t1で通常のIFFT部14とは異なる並び替え(トーンインターリーブ)を施された後、通常のIFFT部14と同じIFFT用バタフライ演算が適用される。これにより、通常のIFFT出力信号a〜pと異なる時間信号a'〜p'が、トーンインターリーブIFFT部14tによって生成される。
トーンデインターリーブFFT部22tでは、上記と逆順の処理が施され、時間信号a'〜p'に対しFFT用バタフライ演算が適用された後、トーンインターリーバ22t2において上記のトーンインターリーブの逆変換(トーンデインターリーブ)が行われる。これにより、図32に示すように特定のサブキャリアで生じる誤りを分散させることができる。なお、上記のトーンインターリーブIFFT部14tおよびトーンデインターリーブFFT部22tの回路構成は一例であり、これらを実現する手段はこの限りではない。
特開平10−75227号公報 特開平11−298436号公報
IEEE Std.802.11a,1999 K. Kambara, et al., Subblock Processing in MMSE-FDE Under Fast Fading Environments, IEEE J. Select. Areas Commun., Vol.26, No.2, pp.359-365, Feb. 2008.
しかしながら、上述の従来技術、特許文献1及び2に記載の技術には、以下に示すような問題があった。
ビットインターリーブを行う場合、良好な通信特性を達成するためにはビット間距離を十分に離す必要がある。これを実現するためには、従来、メモリ長の大きなビットインターリーバを要していた。特に、一次変調においてQAM等の多値変調を適用する場合には、より大きなメモリ長を要する(非特許文献1参照)。インターリーバ11およびデインターリーバ25のメモリ長が大きいほど回路規模が増大し、回路の小型化が困難となる、コストが高くなる、消費電力が増加する、という問題があった。
また、インターリーバ11およびデインターリーバ25では、全てのデータをメモリブロックに書き込まなければその後の読み出しが行えないため、メモリ長が大きいほど処理に時間を要し、送信装置及び受信装置で処理遅延を招くという問題があった。
一方、特許文献1及び2ではトーンインターリーバ11及びトーンデインターリーバ25を簡易に実現する手段のみが述べられており、これらを用いて信号処理を工夫することによって従来の通信装置に対して回路規模を削減できること、及び、処理速度の向上が可能であることについては言及されていなかった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、従来と同等の通信特性を維持しながら、従来の通信装置よりもビットインターリーブ処理またはビットデインターリーブ処理にかかる回路規模を削減し、処理速度を向上させることを目的とする。
この発明に係る送信装置は、逆フーリエ変換手段に入力される一次変調シンボルの数に対応したビット数よりも小さいサイズのインターリーブ手段を用い、入力情報データのビット系列から少なくとも第1組及び第2組のビット系列を切り分け、第1組のビット系列を構成するビットの並び替えを行った後、第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行い、一次変調手段が、並び替えられた第1組のビット系列の一次変調処理をインターリーブ手段における第2組のビット系列の並び替え処理と並行して行い、第1組のビット系列の一次変調処理の後、並び替えられた第2組のビット系列の一次変調処理を行うことで、第1組及び第2組のビット系列にそれぞれ対応した第1組及び第2組の一次変調シンボル系列を得るものである。
本発明によれば、インターリーブから一次変調までに要する時間を短縮でき、通信装置全体の信号処理速度を向上させることができる。
実施の形態1、2、および3で対象とするOFDMベースバンド変復調ブロックを示す図である。 本発明の実施の形態1におけるトーンインターリーブIFFTを示す図である。 本発明の実施の形態1におけるトーンデインターリーブFFTを示す図である。 従来のビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す図である。 従来の一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスを示す図である。 本発明の実施の形態1における小型ビットインターリーバから一次変調までのプロセスを示す図である。 実施の形態1における送信装置でのビットインターリーブから一次変調までの処理時間の比較を示す図である。 実施の形態1における一次復調から小型ビットデインターリーブまでのプロセスを示す図である。 実施の形態1および5における受信装置での一次復調から誤り訂正復号までの処理時間の比較を示す図である。 64ポイントIFFTにおけるビット逆順処理を示す図である。 サブキャリア信号に対するビット逆順処理を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかるトーンインターリーブ処理を示す図である。 IEEE802.11aにおける従来のビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す図である。 実施の形態2にかかるビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す図である。 実施の形態2および3における受信装置での一次復調から誤り訂正復号までの処理時間の比較を示す図である。 IEEE802.11aにおける16QAM変調時のビットインターリーバを示す図である。 実施の形態3におけるIEEE802.11a準拠16QAM変調時のビットインターリーバを示す図である。 IEEE802.11aにおける64QAM変調時のビットインターリーバを示す図である。 実施の形態3におけるIEEE802.11a準拠64QAM変調時のビットインターリーバを示す図である。 実施の形態4で対象とするOFDMベースバンド変復調ブロックを示す図である。 IEEE802.11aにおける従来のビットインターリーブからBPSK変調までのプロセスを示す図である。 実施の形態4におけるBPSK変調を示す図である。 従来のSC−FDE伝送ベースバンド変復調ブロックを示す図である。 32ポイントIFFT回路の例を示す図である。 SC−FDE送信装置におけるビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す図である。 SC−FDE受信装置における従来の一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスを示す図である。 実施の形態5におけるSC−FDE伝送ベースバンド復調ブロックを示す図である。 32ポイントシンボルインターリーブIFFT回路の例を示す図である。 実施の形態5の受信装置における一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスを示す図である。 従来のOFDMベースバンド変復調ブロックを示す図である。 一般的なビットインターリーバを示す図である。 トーンインターリーブの効果を示す図である。 通常のIFFTの例を示す図である。 通常のFFTの例を示す図である。 トーンインターリーブIFFTの例を示す図である。 トーンデインターリーブFFTの例を示す図である。
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1で対象とするOFDMベースバンド変復調ブロック図である。図30と異なり、送信装置においては、従来よりもメモリ長の小さい小型ビットインターリーバ11a、トーンインターリーブIFFT回路14a、受信装置においては、トーンデインターリーブFFT回路22a、従来よりもメモリ長の小さい小型ビットデインターリーバ15aを備えることを特徴とする。これらを除く回路は、図30の従来のOFDM通信装置と同一のものとする。
送信装置1での一連の処理の流れを説明する。誤り訂正符号化部10は入力情報データs10に誤り訂正符号化を行う。このとき、伝送レートを向上させる場合には符号化ビットの間引き処理(パンクチャ処理)も併せて行う。次に、小型ビットインターリーバ11aは符号化ビット系列s11の並び替えを行う。一次変調部12aではインターリーブされたビット系列s12aに対してPSKやQAM等の一次変調を行い、一次変調シンボルにビットをマッピングする。
生成された一次変調シンボル系列s13aは、S/P変換部13にてサブキャリア信号s14aに並列化され、トーンインターリーブIFFT部14aにてサブキャリア信号s14aから時間信号s15に変換される。並列の時間信号s15はP/S変換部15にて時間信号系列s16に直列化され、GI挿入部16にて各OFDMシンボル先頭にGIが挿入され、OFDMベースバンド信号s17が出力される。OFDMベースバンド信号s17は、受信装置2に対して送信される。
次に受信装置2での一連の処理の流れを説明する。受信装置2は、OFDMベースバンド信号を受信する。GI除去部20はOFDMベースバンド時間信号s20からGIを除去し、S/P変換部21において直列信号s21を並列信号s22に変換する。トーンインターリーブFFT部22aは、並列の時間信号s22をサブキャリア信号s23aに変換する。P/S変換部23はサブキャリア並列信号s23aを直列化し、一次復調部24aは各一次変調シンボルのマッピングビットを検出することで検出ビット系列s25を得る。小型ビットデインターリーバ25aは、検出ビット系列s25にデインターリーブを施し、正しいビット系列s26に並び替える。誤り訂正復号部26はビット系列s26に誤り訂正復号を適用し、情報データs27を得る。
本実施の形態1で用いるビットインターリーバ11a、ビットデインターリーバ25aは、従来のビットインターリーバ11、ビットデインターリーバ25よりもメモリ長(メモリサイズ)が小さい。ここでは、例として、従来のビットインターリーバサイズは8*4ビット、従来のビットデインターリーバサイズは4*8ビットに対し、本実施の形態1で用いる小型ビットインターリーバは2*4ビット、小型ビットデインターリーバは4*2ビットである。
ビットインターリーバ11aのメモリサイズは、変調方式との関係で以下のように設定される。本実施の形態で用いる変調方式は、2ビットが1変調シンボルにマッピングされる QPSK(Quadrature PSK)変調方式である。そのため、ビットインターリーバ11aの縦のサイズは、2ビットの倍数となる(本実施の形態では2ビット)。ビットインターリーバ11aの横のサイズは、従来のビットインターリーバ11の横のサイズと同じである。ビットデインターリーバ25aの縦、横のサイズは、ビットインターリーバ11aの横、縦のサイズに設定される。ビットデインターリーバ25aの横のサイズは、復調方式に応じて設定される(1変調シンボルが2ビットにマッピングされるQPSK復調方式の場合には、2の倍数)。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
また、OFDM通信の確立に必要となるフレーム同期、キャリア周波数同期、ゲイン調整、伝送路推定などは、従来の技術を用いるものとし、これらの仮定は以降の実施の形態1〜5で共通とする。
図2、3に本実施の形態1で用いるトーンインターリーブIFFT部14aおよびトーンデインターリーブFFT部22aをそれぞれ示す。簡単のため、本実施の形態1ではIFFTおよびFFTのポイント数は16とする。また、トーンインターリーブIFFT部14aに入力されるサブキャリア信号s14aの数、トーンデインターリーブFFT部22aから出力されるサブキャリア信号s23aの数は、ポイント数と同じ16とする。
送信側に設けられるトーンインターリーブIFFT部14aを、図2を用いて説明する。トーンインターリーブIFFT部14aは、トーンインターリーバ141aとバタフライ演算部142aで構成されている。図33で示したサブキャリア信号s14とは異なり、トーンインターリーバ141aに入力されるサブキャリア信号s14aのインデックスは、図2に示すように0,4,8,12,1,・・・,15の順となっているものとする。
トーンインターリーバ141aは、サブキャリア信号s14aに並び替え処理を施し、中間信号s140を得る。ここで、トーンインターリーバ141aでの並び替えは、その出力が図33に示す通常のIFFT部14内の中間信号s140のインデックスと同一となるように行われるものとする。
その後、中間信号s140は、バタフライ演算部142aによって時間信号s15に変換される。図2では、トーンインターリーブIFFT部14aの出力である時間信号s15をa〜pで表記している。上述したように、トーンインターリーバ141aの処理は、通常のIFFT部14に具備されるビット逆順処理と同等の処理量であり、従来のIFFT部14に比べて演算量および処理時間は増加しない。
本実施の形態1で用いるトーンインターリーバ141aは、サブキャリア信号s14aの並び替えを行うものであるが、従来のIFFT部14aに設けられるビット逆順処理部141とは次の点で異なる。即ち、従来のビット逆順処理部141はIFFT処理に必要な並び替えを行うものであるが、トーンインターリーバ141aはIFFT処理に必要な並び替えに加え、小型のビットインターリーバ11aを用いることによる攪拌効果の低下を補うための並び替えをも行う。この2つの機能を1つのトーンインターリーバ141aで行っている点で、従来のビット逆順処理部141とは異なる。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
受信側に設けられるトーンデインターリーブFFT部22aは、図3に示すようにFFT用バタフライ演算部221aとトーンデインターリーバ222aから構成されている。トーンデインターリーブFFT部22aでは、上記のトーンインターリーブIFFT部14aの処理とは逆順の処理が実施される。即ち、a〜pからなる時間信号s22にFFT用バタフライ演算を適用して中間信号s220を得、さらにトーンデインターリーバ222aによりサブキャリア信号s23aに変換する。ここで、サブキャリア信号s23aのインデックスが、サブキャリア信号s14aと同一となるようにトーンデインターリーブが施されるものとする。上述のトーンインターリーブIFFT部14aと同様、トーンデインターリーブFFT部22aは従来のFFT部22に比べて演算量および処理時間は増加しない。
本実施の形態1で用いるトーンデインターリーバ222aは、サブキャリア信号s14aの並び替えを行うものであるが、従来のFFT部22に設けられるビット逆順処理部222とは次の点で異なる。即ち、従来のビット逆順処理部222はFFT処理に必要な並び替えを行うものであるが、トーンデインターリーバ222aはFFT処理に必要な並び替えに加え、小型のビットデインターリーバ25aを用いることによる攪拌効果の低下を補うための並び替えをも行う。この2つの機能を1つのトーンデインターリーバ222aで行っている点で、従来のビット逆順処理部222とは異なる。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
次に、ビットインターリーブから一次変調までのプロセス及び一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスについて、従来と本実施の形態とを対比しながら説明する。
図4に、従来の送信装置でのビットインターリーバ11及び一次変調部12の処理プロセスを示す。以降、OFDMにおけるビットインターリーブから一次変調、および、一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスの説明では、ある1つのOFDMシンボルについて述べることとする。本実施の形態1では、一次変調としてQPSK変調を行うものとする。従来のOFDM送信装置では、誤り訂正符号化された32ビットのビット系列{b〜b31}に8*4ビットインターリーバ11でビットインターリーブを施し、一次変調部12でQPSK変調を行い、一次変調シンボル系列{d,d,・・・,d15}を順に生成する。生成された一次変調シンボル系列はS/P変換部13を介し、通常のIFFT部14に入力される。
図5に、従来の受信装置での一次復調部24及びビットデインターリーバ25での処理プロセスを示す。一次復調部24ではサブキャリア信号系列{x,x,・・・,x15}から復号前ビット系列{y,y,y,y12,y,・・・,y31}を検出し、ビットデインターリーバ25により{y,y,y,y,y,・・・,y31}の順に並び替え、誤り訂正復号処理を行う。
ビットインターリーブ及びビットデインターリーブ処理では、ビットの書き込みが終了するまで読み出しを行うことができず、読み書きにはインターリーバサイズに比例した処理時間を要する。特に、16QAMや64QAMなど一次変調で多値化を行う場合にはより大きなビットインターリーバおよびビットデインターリーバが必要となり、多くの時間を要する。この問題は誤り訂正復号処理を行う受信装置において特に深刻となり、処理遅延を招く可能性がある。
図6に、本実施の形態1における送信装置での小型ビットインターリーバ11a及び一次変調部12aの処理プロセスを示す。実施の形態1では、符号化ビット系列s11を{b〜b}、{b〜b15}、{b16〜b23}、{b24〜b31}の4組(#1〜#4)に分け、各組に逐次ビットインターリーブ及びQPSK変調を施す。
たとえば、第1組(#1)については、小型ビットインターリーバ11aにより符号化ビット系列{b,b,b,b,b,b,b,b}を{b,b,b,b,b,b,b,b}の順に並び替えた後、一次変調部12aでQPSK変調を行い、一次変調シンボル系列{d,d,d,d12}を出力する。このとき、ビットインターリーバ11aのサイズが従来の1/4であるため、小型ビットインターリーバ11aの書き込み時間および読み出し時間も1/4となる。第1組(#1)についての小型ビットインターリーバ11aからの読み出しが完了すると、即時に次の第2組(#2)の符号化ビット系列{b〜b15}を入力する。同様の手順で、第3組(#3)、第4組(#4)の符号化ビット系列の処理を行う。
ビットインターリーバ11aは、従来のビットインターリーバ11よりも小型であるが、これはトーンインターリーブIFFT部14aとの関係で次のように説明できる。従来においては、IFFT部14に入力されるサブキャリア信号s14の数(16)に対応したビット数(QPSK変調の場合、32ビット)を一度に処理するのに十分なサイズのビットインターリーバ11を用いていた(8*4ビット)。これに対し、本実施の形態のビットインターリーバ11aが一度にインターリーブ処理できるビット数(ビットインターリーバのサイズ2*4ビット)は、トーンインターリーブIFFT部14aに入力されるサブキャリア信号s14aの数(16)に対応したビット数(QPSK変調の場合、32ビット)よりも少ない。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
このように、ビットインターリーバ11aを小型化し、読み書き時間を短縮することで、ビットインターリーバの稼働率を向上させ、全体として送信処理速度を向上させることができる(図7参照)。即ち、本実施の形態では、ビットインターリーバ11aのサイズが従来のビットインターリーバ11の1/4であるため、各組の符号化ビット系列の書き込み時間はTa/4となる。また、第1組(#1)の符号化ビット系列を一次変調している間(一次変調#1)に、並行して第2組(#2)の符号化ビット系列のビットインターリーバ11aへの書き込みやビットインターリーバ11aからの読み出しを行うことができる。そのため、4組分の符号化ビット系列のインターリーブ及び一次変調が完了するまでに要する時間は、Ta/4+Tb+Tcとなる。ここで、Taは従来のビットインターリーバ11の書き込み時間、Tbは従来のビットインターリーバ11の読み出し開始から一次変調の処理開始までの時間、Tcは従来の一次変調部12が変調処理に要する時間である。本実施の形態は、従来に比べて3Ta/4の時間短縮となる。
また、図4、6から分かるように、従来のビットインターリーバ11に比べ、本実施の形態の小型ビットインターリーバ11aはメモリ長を1/4に縮小しているため、回路規模を削減できる。
図6から分かるように、全4組の信号処理を終えて得られるQPSK変調シンボル系列は{d,d,d,d12,d,・・・,d15}の順となるが、上述したトーンインターリーブIFFT部14a(図2)により適切に並び替えが行われ、従来と同一のOFDM変調信号を出力することができる。
ビットインターリーバ11aを小型にすると、従来のビットインタリーバ11に比べて攪拌効果が低下するが、トーンインターリーブIFFT14a内に設けられているトーンインターリーバ141aが攪拌効果を補う並び替えを行うことによって、攪拌効果を従来並み又はそれ以上にすることが可能である。言い換えれば、本実施の形態ではインターリーブを、ビットインターリーバ11aとトーンインターリーバ141aとの2段階で行っていることに特徴がある。この点、以下の実施の形態でも同様である。
図8に、本実施の形態における受信装置での一次復調部24a及びビットデインターリーバ25aの処理プロセスを示す。
図3に示したトーンデインターリーブFFT部22aからの出力であるサブキャリア信号s23aをP/S変換した後、一次復調部24aに入力される。一次復調部24aに入力される一次復調入力信号系列(サブキャリア信号系列)s24は、{x,x,x,x12,x,・・・,x15}の順となっている。上述の送信処理と同様に、一次復調入力信号系列s24を{x,x,x,x12}、{x,x,x,x13}、{x,x,x10,x14}、{x,x,x11,x15}の4組に分割し、各組に対し逐次一次復調およびビットデインターリーブを実施する。
たとえば、第1組(#1)について、一次復調部24aがサブキャリア信号系列{x,x,x,x12}のQPSK復調を行い、復号前ビット系列{y,y,y,y,y,y,y,y}を検出する。検出した復号前ビット系列を小型ビットデインターリーバ25aにより{y,y,y,y,y,y,y,y}の順に並び替えた後、誤り訂正復号処理部26に入力する。
このとき、上述のビットインターリーバ11aと同様に、ビットデインターリーバ25aのサイズも従来の1/4であるため、小型ビットデインターリーバ25aの書き込み時間および読み出し時間も1/4となる。ビットデインターリーバ25aは、第1組についての読み出しが完了すると、即時に次の第2組の復号前ビット系列{y,y12,y,y13,y10,y14,y11,y15}を入力する。
一次復調部24aにおける一次復調処理は、小型ビットデインターリーバ25aの書き込み処理と同期したタイミングで実行される。即ち、第1組についての小型ビットデインターリーバ25aへの書き込み処理が完了したタイミングで、第2組の復号前ビット系列の一次復調を開始する(図9)。このような同期が行われる点で、本実施の形態の一次復調部24aは、従来の一次復調部24とは異なる。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
ビットデインターリーバ25aは、従来のビットデインターリーバ25よりも小型であるが、これはトーンデインターリーブFFT部22aとの関係で次のように説明が可能である。従来においては、FFT部22から出力されるサブキャリア信号s23の数(16)に対応したビット数(QPSK変調の場合、32ビット)を一度に処理するのに十分なサイズのビットデインターリーバ25を用いていた(4*8ビット)。これに対し、本実施の形態のビットデインターリーバ25aが一度にデインターリーブ処理できるビット数(ビットデインターリーバのサイズ2*4ビット)は、トーンデインターリーブFFT部22aから出力されるサブキャリア信号s23aの数(16)に対応したビット数(QPSK変調の場合、32ビット)よりも少ない。この点は、以下の実施の形態でも同様である。
図9に示したように、ビットデインターリーバ25aを小型化し、読み書き時間を短縮することで、ビットデインターリーバの稼働率を向上させ、全体として受信処理速度を向上させることができる。即ち、本実施の形態では、ビットデインターリーバ25aのサイズが従来のビットデインターリーバ25の1/4であるため、各組の復号前ビット系列の書き込み時間はTf/4となる。
また、第1組(#1)の復号前ビット系列をビットデインターリーバ25aから読み出している間(小型ビットデインタリーバ読み出し#1)に、並行して第2組(#2)についての一次復調(#2)や、第1組(#1)の復号前ビット系列の誤り訂正復号処理の一部を行うことができる。そのため、4組分のサブキャリア信号系列の一次復調及びデインターリーブが完了するまでに要する時間は、Te+Tf/4+Tg+Thとなる。ここで、Teは従来における一次復調処理の開始からビットデインターリーバ25の書き込み開始までの時間、Tfは従来のビットデインターリーバ25の書き込み時間、Tgは従来におけるビットデインターリーバ25の読み出し開始から誤り訂正復号処理を開始するまでの時間、Thは従来の誤り訂正復号処理に要する時間である。本実施の形態は、従来に比べて3Tf/4の時間短縮となる。
本手法は、特に、誤り訂正復号処理を行う受信装置において効果を発揮する。一般に、ヴィタビ復号等の誤り訂正復号処理は演算負荷が大きく、処理遅延を生じやすい。また、復号結果を順次得るためには、ある程度の復号器入力データ数が必要となるため、従来よりも早期に復号器入力が可能となる本手法は、受信処理速度の向上に大きく貢献する。
また、図5、8から分かるように、従来のビットデインターリーバ25に比べ、本手法の小型ビットデインターリーバ25aはメモリ長を1/4に縮小可能であり、回路規模を削減できる。
ビットデインターリーバ25aを小型にすると、従来のビットデインタリーバ25に比べて攪拌効果が低下するが、トーンデインターリーブFFT22a内に設けられているトーンデインターリーバ222aが攪拌効果を補う並び替えを行うことによって、攪拌効果を従来並み又はそれ以上にすることが可能である。言い換えれば、本実施の形態ではデインターリーブを、トーンデインターリーバ222aとビットデインターリーバ25aとの2段階で行っていることに特徴がある。この点、以下の実施の形態でも同様である。
実施の形態1では、伝送方式としてOFDMを用いた場合について例示した。しかしながら、これに限らず、マルチキャリア伝送方式であれば他の伝送方式でも良い。
本実施の形態1では、トーンインターリーブIFFT部14aおよびトーンデインターリーブFFT22aを用いた送受信処理について例示した。しかしながら、これに限らず、トーンインターリーブ機能およびトーンデインターリーブ機能を実現する手段であって、送信装置全体および受信装置全体として回路規模および処理時間が増加しない手段であれば良い。
本実施の形態1では、通信装置はFFT部またはIFFT部を備えるものとし、FFT部およびIFFT部のポイント数を16とした。しかしながら、これに限らず、離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform: DFT)または離散逆フーリエ変換(Inverse DFT: IDFT)により時間・周波数変換を行っても良い。本明細書では、FFT、DFT等の処理を総称して、フーリエ変換処理又は時間−周波数変換処理と呼び、IFFT、IDFT等の処理を総称して、逆フーリエ変換処理又は周波数−時間変換処理と呼ぶ。また、1以上の整数値であれば任意のポイント数で良い。
本実施の形態1では、サブキャリア信号数を16とし、FFT部およびIFFT部のポイント数と同じものとした。しかしながら、これに限らず、任意のサブキャリア信号数でも良い。例えばサブキャリア信号数がFFTおよびIFFTのポイント数よりも少ない場合には、無線LAN規格IEEE802.11a(非特許文献1)に規定されているように、伝送に使用しないヌルキャリア(DCキャリアやガードバンドなど)を設けるようにしても良く、さらにパイロットキャリアが挿入されていても良い。
本実施の形態1では、従来のビットインターリーバ11のサイズとして8*4、従来のビットデインターリーバ25のサイズとして4*8とし、本発明の小型ビットインターリーバ11aのサイズとして2*4、小型ビットデインターリーバ25aのサイズとして4*2とし、従来に比べてメモリ長を1/4とした場合について例示した。しかしながら、これに限らず、インターリーバサイズは任意で良く、小型ビットインターリーバ11aおよび小型ビットデインターリーバ25aが従来のビットインターリーバ11およびビットデインターリーバ25よりも回路規模が大きくなければ良い。
本実施の形態1では、一次変調方式としてQPSKを用いた場合について例示した。しかしながら、これに限らず、任意のディジタル変調方式を用いて良い。
本実施の形態1では、一次復調出力(誤り訂正復号入力){y,y,y,y,y,・・・,y31}を復号前ビットと記載した。しかしながら、これに限らず、{y,y,y,y,y,・・・,y31}は硬判定ビットでも良く、ビット尤度やビット対数尤度比などの軟判定値でも良い。
本実施の形態1では、通信システムとして単一入力単一出力(Single-Input Single-Output: SISO)システムを仮定した。しかしながら、これに限らず、たとえば無線通信において、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)システムで実施しても良い。
本実施の形態1は、有線通信か無線通信かを問わず、適用可能である。
以上説明したように、本実施の形態1では、小型ビットインターリーバ11aを用いているため、ビットインターリーブから一次変調までの処理時間を短くすることができる。また、回路規模を小さくすることができる。
また、トーンインターリーバ141aが、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えを行うことにより、装置全体として、攪拌効果を従来並みに維持又は従来以上に向上させることができる。
さらに、トーンインターリーバ141aが、1つの回路によってIFFT処理に必要な並び替えに加え、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えをも行うため、回路規模や処理時間を削減することができる。
また、受信装置においても同様の効果を有する。
実施の形態2.
本発明にかかる本実施の形態2は、図1に示すOFDMベースバンド変復調ブロックを基本的な構成とする。但し、実施の形態2では、トーンインターリーブIFFT部14a、トーンデインターリーブFFT部22aのポイント数が実施の形態1とは異なる。本実施の形態2は、無線LAN規格IEEE802.11aに則ったものである。これにより、本発明の実運用上での効果を示す。
図10に、通常のIFFT部14およびFFT部22に含まれるビット逆順処理部141又は222の例を示す。IEEE802.11aでは一般に64ポイントのIFFT部14により周波数−時間の信号変換を行い、FFT部22により時間−周波数の信号変換が行われる。ここでは、IEEE802.11aの仕様にならいサブキャリア番号を-32〜31としている。
図11に、従来のIFFT部14に含まれるビット逆順処理部141による、サブキャリア信号の並び替えの様子を示す。IEEE802.11aでは、サブキャリア番号-32〜-27、0、27〜31を伝送に用いないサブキャリア(ヌルサブキャリア)としている。残るサブキャリアのうち、サブキャリア番号-21、-7、7、21はパイロット信号に、それ以外の48サブキャリアはデータ信号に使用される。ここでは、パイロット信号をp、p21、p-7、p-21と表記し、データサブキャリア信号をd〜d47と表記する。
図12に、本実施の形態2で用いるトーンインターリーブIFFT部14aでのトーンインターリーブの様子を示す。図11の従来のIFFT入力と異なり、入力される48データサブキャリア信号d〜d47は、図12に示すように上から{d,d,d,d,・・・,d45,d,d,d,・・・,d47}の順となっている。信号順が従来のIFFT入力と異なるのは、小型ビットインターリーバ11aの処理が従来と異なるためである。小型ビットインターリーバ11aの処理は後述する。
一方、トーンインターリーバ出力が、図11の従来のIFFTのビット逆順処理出力と同一の順となるよう並び替えが行われる。
次に、ビットインターリーブから一次変調までのプロセス及び一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスについて、従来と本実施の形態とを対比しながら説明する。
図13に、従来のIEEE802.11a準拠OFDM送信装置でのビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す。ここでは、一次変調としてQPSK変調を行うものとする。従来のIEEE802.11a準拠OFDM送信装置では、誤り訂正符号化ビット系列96ビットb〜b95を6*16ビットインターリーバ11によりビットインターリーブを施し、QPSK変調を行い、一次変調シンボル系列{d,d,・・・,d47}を順に生成する。生成された一次変調シンボル系列はS/P変換を介し、通常のIFFT部14(図11のビット逆順処理)に入力される。
図14に、本実施の形態2における送信装置での小型ビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す。小型ビットインターリーバサイズは2*16とする。従来のインターリーバにおいて1回で処理していたビット数の符号化ビット系列を{b〜b31}、{b32〜b63}、{b64〜b95}の3組に分け、実施の形態1と同様に、各組に逐次ビットインターリーブ及びQPSK変調を施す。
たとえば、第1組(#1)については、小型ビットインターリーバ11aにより符号化ビット{b,b,b,・・・,b31}を{b,b16,b,b17,b,b18,・・・,b15,b31}の順に並び替えた後、QPSK変調を行い、一次変調シンボル系列{d,d,d,・・・,d45}を出力する。このとき、ビットインターリーバサイズが従来の1/3であるため、小型ビットインターリーバ11aの書き込み時間および読み出し時間も1/3となる。第1組(#1)についての小型ビットインターリーバ11aからの読み出しが完了すると、即時に次の第2組(#2)の符号化ビットb32〜b63を入力することができる。同様の手順で第3組(#3)の符号化ビットb64〜b95の処理を行う。
このプロセスでは、第2組(#2)の符号化ビットのインターリーブ処理を行っている間に、並行して第1組(#1)の符号化ビット系列を一次変調することができる。他の組においても同様である。そのため、全体の処理時間を短縮できる。
このように、ビットインターリーバを小型化し、読み書き時間を短縮することで、ビットインターリーバの稼働率を向上させ、全体として送信処理速度を向上させることができる。また、図13、14から分かるように、従来のビットインターリーバに比べ、本手法の小型ビットインターリーバはメモリ長を1/3に縮小可能であり、回路規模を削減できる。
図14から分かるように、全3組の信号処理を終えて得られるQPSK変調シンボルは{d,d,d,・・・,d47}の順となる。これが本実施の形態2で用いるトーンインターリーブIFFT部14aのIFFT入力が従来のIFFT入力と異なる理由である。しかし、上述したトーンインターリーブIFFT部14a(図11)により適切に並び替えが行われ、従来と同一のOFDM変調信号を出力することができる。
受信装置では、上述の送信処理に対応する受信処理を行う。具体的には、一次復調部24aに入力される一次復調入力信号系列(サブキャリア信号系列)s24aを3組に分割し、各組に対して逐次一次復調及びビットデインターリーブを実施する。
これにより、ビットデインターリーバを小型化し、読み書き時間を短縮することができ、ビットデインターリーバの稼働率を向上させることができる(図15参照)。即ち、本実施の形態2では、ビットデインターリーバ25aのサイズが従来のビットデインターリーバ25の1/3であるため、各組の復号前ビット系列の書き込み時間はTj/3となる。
また、第1組(#1)の復号前ビット系列を読み出している間(小型ビットデインタリーバ読み出し#1)に、並列して第2組(#2)のサブキャリア信号系列の一次復調(#2)や、第1組(#1)の復号前ビット系列の誤り訂正復号処理の一部を行うことができる。そのため、3組分のサブキャリア信号系列の一次復調及びデインターリーブが完了するまでに要する時間は、Ti+Tj/3+Tk+Tlとなる。ここで、Tiは従来における一次復調処理の開始からビットデインターリーバ25の書き込み開始までの時間、Tjは従来のビットデインターリーバ25の書き込み時間、Tkは従来におけるビットデインターリーバ25のデータ読み出し開始から誤り訂正復号処理を開始するまでの時間、Tlは従来の誤り訂正復号処理に要する時間である。本実施の形態は、従来に比べて2Tj/3の時間短縮となる。
ビットインターリーバ11aは、従来のビットインターリーバ11よりも小型であるが、これはトーンインターリーブIFFT部14aとの関係で次のように説明できる。従来においては、IFFT部14に入力されるデータサブキャリア信号s14の数(48)に対応したビット数(QPSK変調の場合、96ビット)を一度に処理するのに十分なサイズのビットインターリーバ11を用いていた(6*16ビット)。これに対し、本実施の形態のビットインターリーバ11aが一度にインターリーブ処理できるビット数(ビットインターリーバのサイズ2*16ビット)は、トーンインターリーブIFFT部14aに入力されるデータサブキャリア信号s14aの数(48)に対応したビット数(QPSK変調の場合、96ビット)よりも少ない。
ビットデインターリーバ25aについては、次のように説明が可能である。従来においては、FFT部22から出力されるデータサブキャリア信号s23の数(48)に対応したビット数(QPSK変調の場合、96ビット)を一度に処理するのに十分なサイズのビットデインターリーバ25を用いていた(16*6ビット)。これに対し、本実施の形態のビットデインターリーバ25aが一度にデインターリーブ処理できるビット数(ビットデインターリーバのサイズ16*2ビット)は、トーンデインターリーブFFT部22aから出力されるサブキャリア信号s23aの数(48)に対応したビット数(QPSK変調の場合、96ビット)よりも少ない。
また、全体として受信処理速度を向上可能、並びに回路規模削減可能であることは容易に理解できる。
本実施の形態2では、一次変調方式としてQPSKを用いた場合について例示した。しかしながら、これに限らず、後述するようにIEEE802.11aで規定されているBPSK(Binary Phase Shift Keying)、16QAM、64QAMなどの他の変調方式を用いても良い。
本実施の形態2では、トーンインターリーブIFFT部14aおよびトーンデインターリーブFFT22aを用いた送受信処理について例示した。しかしながら、これに限らず、トーンインターリーブ機能およびトーンデインターリーブ機能を実現する手段であって、送信装置全体および受信装置全体として回路規模および処理時間が増加しない手段であれば良い。
本実施の形態2では、通信装置はFFT部またはIFFT部を備えるものとし、FFTおよびIFFTのポイント数を64とした。しかしながら、これに限らず、DFTまたはIDFTにより時間・周波数変換を行っても良い。本明細書では、FFT、DFT等の処理を総称して、フーリエ変換処理又は時間−周波数変換処理と呼び、IFFT、IDFT等の処理を総称して、逆フーリエ変換処理又は周波数−時間変換処理と呼ぶ。また、1以上の整数値であれば任意のポイント数で良い。
本実施の形態2における一次復調出力および誤り訂正復号部入力は、硬判定ビットに限らず、ビット尤度やビット対数尤度比などの軟判定値でも良い。
本実施の形態2では、通信システムとして単一アンテナを用いたSISO無線システムを仮定した。しかしながら、これに限らず、MIMOシステムで実施しても良い。特に、策定中の無線LAN規格IEEE802.11nでは、本実施の形態2とはビットインターリーバ形状およびビットインターリーバ形状が異なるが、本実施の形態2と同様の送受信処理手順が適用可能である。
以上説明したように、本実施の形態2では、小型ビットインターリーバ11aを用いているため、ビットインターリーブから一次変調までの処理時間を短くすることができる。また、回路規模を小さくすることができる。
また、トーンインターリーバ141aが、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えを行うことにより、装置全体として、攪拌効果を従来並みに維持又は従来以上に向上させることができる。
さらに、トーンインターリーバ141aが、1つの回路によってIFFT処理に必要な並び替えに加え、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えをも行うため、回路規模や処理時間を削減することができる。
また、受信装置においても同様の効果を有する。
実施の形態3.
本発明にかかる通信装置の実施の形態3は、実施の形態2と同様に、図1に示すOFDMベースバンド変復調ブロック図を基本的な構成とする。本実施の形態3は、実施の形態2と同様に、無線LAN規格IEEE802.11aに則ったものであるが、一次変調方式として16QAMおよび64QAMを用いる点で異なる。これにより、本発明の実運用上での効果を示す。以下では、ビットインターリーバを中心に説明する。
図16に、IEEE802.11aで規定されている16QAM変調時の従来のビットインターリーバ11を示す。従来は、入力ビットb〜b191を12*16ビットのメモリブロックに図16のように書き込み、最左列から縦方向に逐次読み出すことでビットインターリーブを実現している。このビットインターリーバへの書き込みは2*16のメモリブロックへの書き込みを1周期とし、これを6回繰り返している。また、読み出し後の16QAM変調処理では4ビットを1変調シンボルにマッピングする。
このため、図17に示すように、本実施の形態3では4*16ビットの小型ビットインターリーバを用意し、実施の形態2と同様に、ビットインターリーブおよび一次変調を3回に分割して実施する。実施の形態2のトーンインターリーブ機能を導入することにより、一次変調後は実施の形態2と同様にOFDMベースバンド信号を生成できる。受信装置では、実施の形態2と同様に、トーンデインターリーブ機能を導入することにより、16QAM一次復調およびビットデインターリーブを3回に分割して実施することができ、回路規模削減および処理時間短縮を達成できることは容易に理解されるところである。
図18にIEEE802.11aで規定されている64QAM変調時の従来のビットインターリーバを示す。従来は、入力ビットb〜b287を18*16ビットのメモリブロックに図18のように書き込み、最左列から縦方向に逐次読み出すことでビットインターリーブを実現している。このビットインターリーバへの書き込みは3*16ビットのメモリブロックへの書き込みを1周期とし、これを6回繰り返している。また、読み出し後の64QAM変調処理では6ビットを1変調シンボルにマッピングする。
本実施の形態3では、図19に示すように、6*16ビットの小型ビットインターリーバを用意し、実施の形態2と同様に、ビットインターリーブおよび一次変調を3回に分割して実施する。実施の形態2のトーンインターリーブ機能を導入することにより、一次変調後は実施の形態2と同様にOFDMベースバンド信号を生成できる。受信装置では、実施の形態2と同様に、トーンデインターリーブ機能を導入することにより、64QAM一次復調およびビットデインターリーブを3回に分割して実施することができ、回路規模削減および処理時間短縮を達成できることは容易に理解されるところである。
本実施の形態3で用いるビットインターリーバ11aのメモリサイズは、変調方式との関係で以下のように設定される。
即ち、使用する変調方式が、4ビットが1変調シンボルにマッピングされる16QAM変調方式の場合には、図17のように、ビットインターリーバ11aの縦のサイズは、4ビットの倍数となる。ビットインターリーバ11aの横のサイズは、従来のビットインターリーバ11の横のサイズと同じである。ビットデインターリーバ25aの縦、横のサイズは、ビットインターリーバ11aの横、縦のサイズに設定される。
使用する変調方式が、6ビットが1変調シンボルにマッピングされる64QAM変調方式の場合には、図19のように、ビットインターリーバ11aの縦のサイズは、6ビットの倍数となる。ビットインターリーバ11aの横のサイズは、従来のビットインターリーバ11の横のサイズと同じである。ビットデインターリーバ25aの縦、横のサイズは、ビットインターリーバ11aの横、縦のサイズに設定される。
実施の形態2で説明したQPSK変調のケースに比べ、16QAM変調や64QAM変調での従来のビットインターリーバ11およびビットデインターリーバ25は、より多くのメモリ長を要し、ビットの読み書きにより多くの時間を要していた。本実施の形態3を実施することにより、これらの課題を緩和可能であり、実施の形態2のQPSKのケースに比べて回路規模削減量および処理時間短縮量が大きい。
本実施の形態3における一次復調出力および誤り訂正復号部入力は、硬判定ビットに限らず、ビット尤度やビット対数尤度比などの軟判定値でも良い。
本実施の形態3では、通信システムとして単一アンテナを用いたSISO無線システムを仮定した。しかしながら、これに限らず、MIMOシステムで実施しても良い。特に、策定中の無線LAN規格IEEE802.11nでは、本実施の形態3とはビットインターリーバ形状およびビットインターリーバ形状が異なるが、本実施の形態3と同様の送受信処理手順が適用可能である。
以上説明したように、本実施の形態3では、小型ビットインターリーバ11aを用いているため、ビットインターリーブから一次変調までの処理時間を短くすることができる。また、回路規模を小さくすることができる。
また、トーンインターリーバ141aが、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えを行うことにより、装置全体として、攪拌効果を従来並みに維持又は従来以上に向上させることができる。
さらに、トーンインターリーバ141aが、1つの回路によってIFFT処理に必要な並び替えに加え、小型ビットインターリーバ11aの攪拌効果を補う並び替えをも行うため、回路規模や処理時間を削減することができる。
また、受信装置においても同様の効果を有する。
実施の形態4.
本発明にかかる通信装置の実施の形態4は、図20に示すOFDMベースバンド変復調ブロックを基本的な構成とする。本実施の形態4は、実施の形態2および3と同様、無線LAN規格IEEE802.11aに則ったものであるが、一次変調方式としてBPSKを用いる点で異なる。
また、本実施の形態では、図1に示す通信装置と異なり、小型ビットインターリーバ11aと小型ビットデインターリーバ25aが省略され、送信装置においては誤り訂正符号化ビットが直接BPSK一次変調され、受信装置においてはBPSK一次復調データが直接誤り訂正復号処理部26に渡される。これらを除く各ブロックは図1と同一である。
図21に、IEEE802.11aで規定されているBPSK変調時の従来のビットインターリーブからBPSK一次変調までのプロセスを示す。従来は、入力ビットb〜b47を3*16ビットのメモリブロックに図21のように書き込み、最左列から縦方向に逐次読み出すことでビットインターリーブを実現している。図21から分かるように、このビットインターリーバ11への書き込みは1*16ビットのメモリブロックへの書き込みを1周期とし、これを3回繰り返している。また、読み出し後のBPSK変調処理では1ビットを1変調シンボルにマッピングする。
本実施の形態4では、図20に示すように、ビットインターリーバを省略し、直接BPSK一次変調を逐次実施する。図22に、誤り訂正符号化部10から符号化ビットb〜b47をBPSK一次変調部12bに直接渡し、BPSK変調を行う様子を示す。このとき、出力されるBPSK変調信号は{d,d,d,d,・・・,d47}となるが、実施の形態2のトーンインターリーブ機能を導入することにより(図12参照)、一次変調後は実施の形態2および3と同様にOFDMベースバンド信号を生成できる。
即ち、トーンインターリーブIFFT部14aは、トーンインターリーバ141aとIFFT用バタフライ演算部とを有しており、トーンインターリーブIFFT部14aによってBPSK変調信号{d,d,d,d,・・・,d47}の並び替え(トーンインターリーブ)が行われる。その後、IFFT用バタフライ演算部によってIFFTがなされ、P/S変換、GI挿入がなされる。
BPSK変調方式では1ビットを1変調シンボルにマッピングするため、ビットインタリーバ及びビットデインターリーバを省略することができる。
受信装置では、実施の形態2および3と同様に、トーンデインターリーブ機能を導入することにより、BPSK一次復調部24bの出力を直接誤り訂正復号部26に渡すことができ、即時に復号を開始できることは、容易に理解されるところである。トーンデインタリーブ22aは、FFT用バタフライ演算部とトーンデインタリーバを有しており、BPSK一次復調部24bの出力はFFT用バタフライ演算部によってFFTがなされ、トーンデインタリーバによって並び替え(トーンデインタリーブ)がなされる。その後、BPSK一次復調、誤り訂正復号がなされる。
本実施の形態4におけるトーンインターリーバ141aは、従来のIFFT部14のビット逆順処理部141で行うようなIFFT処理のための並び替えに加え、サブキャリア信号s14aを周波数信号レベルで並び替えるトーンインターリーブ処理としての機能を有する。また、トーンデインターリーバ222aは、従来のFFT部22のビット逆順処理部222で行うようなFFT処理のための並び替えに加え、サブキャリア信号s14aを周波数信号レベルで並び替えるトーンデインターリーブ処理としての機能を有する。そのため、小型ビットインターリーバ11aと小型ビットデインターリーバ25aを省略しても、装置全体としては攪拌効果がある。
本実施の形態4における一次復調出力および誤り訂正復号部入力は、硬判定ビットに限らず、ビット尤度やビット対数尤度比などの軟判定値でも良い。
本実施の形態4では、通信システムとして単一アンテナを用いたSISO無線システムを仮定した。しかしながら、これに限らず、MIMOシステムで実施しても良い。特に、策定中の無線LAN規格IEEE802.11nでは、本実施の形態4とはビットインターリーバ形状およびビットインターリーバ形状が異なるが、本実施の形態4と同様の送受信処理手順が適用可能である。
この実施の形態では1ビットを1変調シンボルにマッピングする変調方式としてBPSK変調方式を例に説明したが、他の変調方式としてFSK(Frequency Shift Keying)、OOK(On Off Keying)も適用可能である。
以上説明したように、本実施の形態4では、IEEE802.11a準拠OFDM通信装置にトーンインターリーブ機能およびトーンデインターリーブ機能を導入し、これらを利用することで、BPSK変調時にはビットインターリーブおよびビットデインターリーブを省略可能である。これにより、従来に比べて信号処理時間を大幅に削減でき、同時に、従来ビットインターリーブおよびビットデインターリーブに要していた回路を省略することができる。
実施の形態5.
これまでは、マルチキャリア伝送に用いられる例を説明してきたが、本実施の形態5では、周波数領域等化(Frequency Domain Equalization: FDE)を用いる広帯域シングルキャリア伝送(Single Carrier: SC)(以降、SC-FDEと呼ぶ。)を行う通信装置、特に受信装置について説明する。
図23は、従来のSC-FDEベースバンド変復調ブロック図を示している。ここでは、32変調シンボルの先頭に8変調シンボルのサイクリックプレフィックス(Cyclic Prefix: CP)を付加した40変調シンボルを1ブロックとし、1ブロックの送受信処理について述べることとする。ただし、これらのシンボル数は一例であり、CP長やブロック長はこの限りではない。また、非特許文献2に記載のように、CPの代わりにユニークワードと呼ばれる受信側で既知の信号を付加しても良い。
まず、従来のSC-FDEを行う通信装置における一連の処理の流れを説明する。
送信装置では、誤り訂正符号化部30において、入力情報データs30に対し誤り訂正符号化を行う。このとき、伝送レートを向上させる場合には、符号化ビットの間引き処理(パンクチャ処理)も併せて行う。次に、ビットインターリーバ31において符号化ビット系列s31の並び替えを行う。一次変調部32では、インターリーブされたビット系列s32に対してPSKやQAM等の一次変調を行い、一次変調シンボルにビットをマッピングする。CP挿入部33にてCPが付加され、SCベースバンド信号s34が出力される。
受信装置では、CP除去部40においてSCベースバンド時間信号s40からCPを除去し、S/P変換部41において直列信号s41を並列信号s42に変換する。FFT部42において時間信号s42を周波数信号s43に変換する。FDE部43において等化が施され、IFFT部44において時間信号s45に変換される。P/S変換部45において時間信号s45を直列化し、一次復調部46において各一次変調シンボルのマッピングビットが検出される。検出ビット系列s47はビットデインターリーバ47によりデインターリーブが施され、正しいビット系列s48に並び替えられる。誤り訂正復号部48において系列s48に誤り訂正復号が適用され、情報データs49に復号される。
図24に、図23のSC-FDE受信装置で用いるIFFT部44を示す。実施の形態1および2で述べたIFFT部とは異なり、周波数信号f〜f31(s44)はまずIFFT用バタフライ演算部44でIFFT用バタフライ演算が行われ、時間信号s440に変換される。その後、時間信号s440はビット逆順処理部442で並び替えが行われ、正しい順の時間信号x〜x31(s45)が得られるものとする。
図25に、従来の送信装置におけるビットインターリーブから一次変調までのプロセスを示す。ここではQPSK変調を行うものとし、ビットインターリーバ31およびビットデインターリーバ47のサイズは8*8ビットであるものとする。誤り訂正符号化系列b〜b63(s31)は8*8ビットインターリーバ31により並び替えが行われ、QPSK一次変調部32によりQPSK変調シンボルd〜d31(s33)が生成される。
図26に、従来の受信装置における一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスを示す。P/S変換部45の出力{x〜x31}(s46)は一次復調部46に入力され、復号前ビット{y,y,y16,y24,・・・,y55,y63}(s47)が検出される。8*8ビットデインターリーバ47により復号前ビットの並び替えが行われ、{y,y,y,y,・・・,y63}(s48)が誤り訂正復号部48に入力される。
図27に、本実施の形態5におけるSC-FDE受信装置のベースバンド復調ブロック図を示す。図23の受信ブロック図と異なる点は、IFFT部44の代わりにシンボルインターリーブIFFT部44aが用いられ、8*8ビットデインターリーブ部47の代わりに8*2ビットサイズの小型ビットデインターリーブ部47aが用いられる点である。これらを除く各部は図23の従来の受信ブロックと同一である。なお、送信装置は従来と同一である。
図28に、本実施の形態5におけるシンボルインターリーブIFFT部44aを示す。IFFT用バタフライ演算部441aの処理は図24の従来のIFFT部44と同じであるが、その後シンボルインターリーブが施され、図28のように時間信号s45aが{x,x,x,x12,x16,・・・,x55,x63}の順に並び替えられる。
上述のシンボルインターリーブIFFT44aを利用した、一次復調からビットデインターリーブまでのプロセスを図29に示す。図28に示したシンボルインターリーブIFFT部44aの出力が一次復調入力s46aとなるため、一次復調入力s46aは{x,x,x,x12,・・・,x27,x31}の順となっている。実施の形態1と同様に、一次復調入力s46aを{x,x,x,x12,・・・,x28}、{x,x,x,x13,・・・,x29}、{x,x,x10,x14,・・・,x30}、{x,x,x11,x15,・・・,x31}の4組に分割し、各組に対し逐次一次復調およびビットデインターリーブを実施する。
たとえば、第1組(#1)については、{x,x,x,x12,・・・,x28}に対してQPSK復調を行い、復号前ビット{y,y,y,y,・・・,y,y15}を検出する。8*2ビットサイズの小型ビットデインターリーバにより{y,y,y,y,・・・,y14,y15}の順に並び替えた後、誤り訂正復号部48に入力する。このとき、ビットデインターリーバ47aのサイズは従来の1/4であるため、小型ビットデインターリーバの書き込み時間および読み出し時間も1/4となり、第1組についての小型ビットデインターリーバからの読み出しが完了すると、即時に次の第2組(#2)の一次復調出力{x,x,x,x13,・・・,x29}を小型ビットデインターリーバに入力することができる。同様の処理を、第3組(#3)、第4組(#4)についても行う。
この手順の場合、第2組の復号前ビットのデインターリーブ処理を行っている間に、並行して第1組の一次復調処理を行うことができる。他の組についても同様である。そのため、全体の処理時間を短縮できる。
以上説明したように、本実施の形態5では、広帯域SC-FDE受信装置にシンボルインターリーブ機能を導入し、これらを利用した信号処理手順(一次復調とビットデインターリーブ)を実施することにより、シングルキャリア伝送であっても、従来に比べて受信信号処理時間を削減でき、同時に、ビットデインターリーブに要する回路規模を削減することができる。即ち、小型ビットデインターリーバ47aを用いているため、一次復調からビットデインターリーブまでの処理時間を短くすることができる。また、回路規模を小さくすることができる。
また、シンボルインターリーバ442aが、小型ビットインターリーバ47aの攪拌効果を補う並び替えを行うことにより、装置全体として、攪拌効果を従来並みに維持又は従来以上に向上させることができる。
さらに、シンボルインターリーバ442aが、1つの回路によってIFFT処理に必要な並び替えに加え、小型ビットインターリーバ47aの攪拌効果を補う並び替えをも行うため、回路規模や処理時間を削減することができる。
実施の形態1〜4と同様に、ビットデインターリーバの稼働率を向上させ、全体として受信処理速度を向上させることができる(図9参照)。
本実施の形態5では、スペクトラム拡散等を適用しないシングルキャリア伝送を行う場合について例示した。しかしながら、これに限らず、スペクトラム拡散を行っても良く、送信装置において周波数領域での重み付け等を行っても良い。
本実施の形態5では、シンボルインターリーブIFFT部44aを用いた受信処理について例示した。しかしながら、これに限らず、シンボルインターリーブ機能を実現する手段であって、受信装置全体として回路規模および処理時間が増加しない手段であれば良い。
本実施の形態5では、受信装置においてFFTおよびIFFTを用い、ポイント数(シンボル数)を32とした。しかしながら、これに限らず、DFTまたはIDFTにより時間・周波数変換を行っても良い。本明細書では、FFT、DFT等の処理を総称して、フーリエ変換処理又は時間−周波数変換処理と呼び、IFFT、IDFT等の処理を総称して、逆フーリエ変換処理又は周波数−時間変換処理と呼ぶ。また、1以上の整数値であれば任意のポイント数で良い。
本実施の形態5では、従来のビットインターリーバおよびビットデインターリーバのサイズを8*8とし、本発明の小型ビットデインターリーバのサイズを8*2とし、従来に比べてメモリ長を1/4とした場合について例示した。しかしながら、これに限らず、インターリーバサイズは任意で良く、小型ビットインターリーバおよび小型ビットデインターリーバが従来のビットインターリーバおよびビットデインターリーバよりも回路規模が大きくなければ良い。
本実施の形態5では、一次変調方式としてQPSKを用いた場合について例示した。しかしながら、これに限らず、任意のディジタル変調方式を用いて良い。特に、一次変調方式としてBPSK変調を行う場合には、シンボルインターリーブ機能を利用することで、実施の形態4と同様、ビットデインターリーバを省略することが可能となる。
本実施の形態5では、一次復調出力(誤り訂正復号入力){y〜y61}を復号前ビットと記載した。しかしながら、これに限らず、{y〜y61}は硬判定ビットでも良く、ビット尤度やビット対数尤度比などの軟判定値でも良い。
本実施の形態5では、通信システムとしてSISOシステムを仮定した。しかしながら、これに限らず、たとえば無線通信において、MIMOシステムで実施しても良い。
本実施の形態5は、有線通信か無線通信かを問わず、適用可能である。
以上、本発明について実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
以上のように、本発明にかかる通信装置は、誤り訂正符号化、ビットインターリーブ処理、およびフーリエ変換処理または逆フーリエ変換処理を要する通信装置に有用である。
1・・・送信装置
2・・・受信装置
10、30・・・誤り訂正符号化部
11、31・・・ビットインターリーバ
11a・・・小型ビットインターリーバ
12、12a、32・・・一次変調部
12b・・・BPSK一次変調部
13、21、41・・・S/P変換部
14、44・・・IFFT部
14t、14a・・・トーンインターリーブIFFT部
14t1、141a・・・トーンインターリーバ
14t2、142a、441、441a・・・IFFT用バタフライ演算部
141、222、442・・・ビット逆順処理部
442a・・・シンボルインターリーバ
15、23、45・・・P/S変換部
16・・・GI挿入部
20・・・GI除去部
22、42・・・FFT部
22t、22a・・・トーンデインターリーブFFT部
22t1、221a・・・FFT用バタフライ演算部
22t2、222a・・・トーンデインターリーブ部
24、24a、46・・・一次復調部
24b・・・BPSK一次復調部
25、47・・・ビットデインターリーバ
25a・・・小型ビットデインターリーバ
26、48・・・誤り訂正復号部
33・・・CP挿入部
40・・・CP除去部
s10、s30・・・情報信号
s11、s31・・・誤り訂正符号化ビット
s12、s32・・・ビットインターリーバ出力ビット
s12a・・・小型ビットインターリーバ出力ビット
s13、s13a、s33・・・一次変調信号
s14、s14a・・・送信サブキャリア信号
s15、s16、s17・・・OFDM送信時間信号
s20、s21、s22・・・OFDM受信時間信号
s23、s23a、s24、s24a・・・受信サブキャリア信号
s25、s25a、s47、s47a・・・一次復調出力信号
s26、s48・・・誤り訂正復号入力信号
s27、s49・・・復号結果
s34・・・シングルキャリア送信信号
s40、s41、s42・・・シングルキャリア受信時間信号
s43・・・シングルキャリア受信周波数信号
s44・・・周波数領域等化出力信号
s45、s46・・・等化後の時間信号
s45a、s46a・・・シンボルインターリーブIFFT後の時間信号
s140、s440、s440a・・・IFFT内中間信号
s220・・・FFT内中間信号

Claims (14)

  1. 入力情報データのビット系列を並び替えるインターリーブ手段と、
    前記インターリーブ手段で並び替えられた前記ビット系列を一次変調することにより、対応する一次変調シンボル系列を得る一次変調手段と、
    前記一次変調手段で得られた所定数の一次変調シンボルをまとめて逆フーリエ変換する変換手段と、
    前記変換手段で得られた信号を送信する送信手段と、
    を有する送信装置において、
    前記インターリーブ手段は、前記所定数の一次変調シンボルに対応するビット数よりも小さいサイズであり、該サイズに応じて前記入力情報データのビット系列から少なくとも第1組及び第2組のビット系列を切り分け、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えを行った後、前記第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行い、
    前記一次変調手段は、並び替えられた前記第1組のビット系列の一次変調処理を前記インターリーブ手段における前記第2組のビット系列の並び替え処理と並行して行い、前記第1組のビット系列の一次変調処理の後、並び替えられた前記第2組のビット系列の一次変調処理を行うことで、前記第1組及び第2組のビット系列にそれぞれ対応した第1組及び第2組の一次変調シンボル系列を得、
    前記変換手段は、前記一次変調手段で得た少なくとも前記第1組及び第2組の一次変調シンボル系列をまとめて逆フーリエ変換することを特徴とする送信装置。
  2. 前記変換手段は、
    少なくとも前記第1組及び第2組の一次変調シンボル系列を構成する複数の一次変調シンボルの並び替えを行うトーンインターリーブ手段と、
    前記トーンインターリーブ手段により並び変えられた前記複数の一次変調シンボルを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
    を有することを特徴とする請求項1記載の送信装置。
  3. 前記変換手段は、
    前記第1組及び第2組の一次変調シンボル系列を構成する一次変調シンボルをサブキャリア信号として逆フーリエ変換処理を行うことにより、マルチキャリア信号を得ることを特徴とする請求項1又は2記載の送信装置。
  4. 前記インターリーブ手段のサイズは、前記一次変調手段で用いる変調方式に応じて設定されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の送信装置。
  5. 入力情報データのビット系列を並び替えるインターリーブステップと、
    前記インターリーブステップで並び替えられた前記ビット系列を一次変調することにより、対応する一次変調シンボル系列を得る一次変調ステップと、
    前記一次変調ステップで得られた所定数の一次変調シンボルをまとめて逆フーリエ変換する変換ステップと、
    前記変換ステップで得られた信号を送信する送信ステップと、
    を有する送信方法において、
    前記インターリーブステップは、前記所定数の一次変調シンボルに対応するビット数よりも小さいサイズのインターリーバを用い、前記サイズに応じて前記入力情報データのビット系列から少なくとも第1組及び第2組のビット系列を切り分け、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えを行った後、前記第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行い、
    前記一次変調ステップは、並び替えられた前記第1組のビット系列の一次変調処理を前記インターリーブステップにおける前記第2組のビット系列の並び替え処理と並行して行い、前記第1組のビット系列の一次変調処理の後、並び替えられた前記第2組のビット系列の一次変調処理を行うことで、前記第1組及び第2組のビット系列にそれぞれ対応した第1組及び第2組の一次変調シンボル系列を得、
    前記変換ステップは、前記一次変調ステップで得た少なくとも前記第1組及び第2組の一次変調シンボル系列をまとめて逆フーリエ変換することを特徴とする送信方法。
  6. 受信した複数の時間信号をまとめてフーリエ変換し、所定数の周波数信号からなる周波数信号系列を得る変換手段と、
    前記変換手段で得られた前記周波数信号系列を一次復調することにより、対応するビット系列を得る一次復調手段と、
    前記ビット系列を構成するビットを並び替えるデインターリーブ手段と、
    を有する受信方法において、
    前記一次復調手段は、前記変換手段によって得られた前記周波数信号系列から少なくとも第1組及び第2組の周波数信号系列を切り分け、前記第1組の周波数信号系列の一次復調処理を行った後、前記第2組の周波数信号系列の一次復調処理を行うことで、前記第1組及び第2組の周波数信号系列にそれぞれ対応した第1組及び第2組のビット系列を得、
    前記デインターリーブ手段は、前記所定数の周波数信号に対応するビット数よりも小さいサイズであり、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えを前記一次復調手段における前記第2組の周波数信号系列の一次復調処理と並行して行い、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えの後、前記第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行うことを特徴とする受信装置。
  7. 前記変換手段は、
    前記複数の時間信号をまとめてフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
    前記フーリエ変化手段によって得られた所定数の周波数信号を並び替えるトーンデインターリーブ手段とを有することを特徴とする請求項6記載の受信装置。
  8. 前記時間信号はマルチキャリア信号であり、
    前記周波数信号はサブキャリア信号であり、
    前記変換手段は、複数の前記マルチキャリア信号をフーリエ変換することにより、対応する複数のサブキャリア信号を得ることを特徴とする請求項6又は7記載の受信装置。
  9. 前記デインターリーブ手段のサイズは、前記一次復調手段で用いる復調方式に応じて設定されることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の受信装置。
  10. 受信した複数の時間信号をまとめてフーリエ変換し、所定数の周波数信号からなる周波数信号系列を得る変換ステップと、
    前記変換ステップで得られた前記周波数信号系列を一次復調することにより、対応するビット系列を得る一次復調ステップと、
    前記ビット系列を構成するビットを並び替えるデインターリーブステップと、
    を有する受信方法において、
    前記一次復調ステップは、前記変換ステップで得られた前記周波数信号系列から少なくとも第1組及び第2組の周波数信号系列を切り分け、前記第1組の周波数信号系列の一次復調処理を行った後、前記第2組の周波数信号系列の一次復調処理を行うことで、前記第1組及び第2組の周波数信号系列にそれぞれ対応した第1組及び第2組のビット系列を得、前記デインターリーブステップは、前記所定数の周波数信号に対応するビット数よりも小さいサイズのデインタリーバを用い、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えを前記一次復調ステップにおける前記第2組の周波数信号系列の一次復調処理と並行して行い、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えの後、前記第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行うことを特徴とする受信方法。
  11. 入力情報データに対して誤り訂正符号化を行う誤り訂正符号化手段と、
    1ビットを1次変調シンボルにマッピングする変調方式を用いて、前記誤り訂正符号化手段によって得られたビット系列を一次変調することにより、対応する一次変調シンボル系列を得る一次変調手段と、
    前記一次変調手段で得られた所定数の一次変調シンボルの並び替えを行うトーンインターリーブ手段と、
    前記トーンインターリーブ手段によって並び替えられた所定数の一次変調シンボルを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
    前記逆フーリエ変換手段で得られた信号を送信する送信手段と、
    を有する送信装置。
  12. 受信した複数の時間信号をまとめてフーリエ変換することにより、対応する複数の周波数信号を得るフーリエ変換手段と、
    前記フーリエ変換手段によって得られた前記複数の周波数信号を並び替えるトーンデインターリーブ手段と、
    1つの周波数信号を1ビットにマッピングする復調方式を用いて、前記トーンデインターリーブ手段によって並び替えられた前記複数の周波数信号を一次復調することにより、対応するビット系列を得る一次復調手段と、
    前記一次復調手段によって得られたビット系列に対して誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段とを有することを特徴とする受信装置。
  13. 受信したシングルキャリア信号をフーリエ変換することにより、対応する周波数信号を得る第1の変換手段と、
    前記周波数信号に等化処理を行う周波数領域等化手段と、
    前記等化処理が行われた複数の周波数信号をまとめて逆フーリエ変換することにより、所定数の時間信号を得る第2の変換手段と、
    前記所定数の時間信号からなる時間信号系列を一次復調し、対応するビット系列を得る一次復調手段と、
    前記ビット系列を構成するビットを並び替えるデインターリーブ手段と、
    を有する受信装置において、
    前記一次復調手段は、前記時間信号系列から少なくとも第1組及び第2組の時間信号系列を切り分け、前記第1組の時間信号系列の一次復調処理を行った後、前記第2組の時間信号系列の一次復調処理を行うことで、前記第1組及び第2組の時間信号系列に対応した第1組及び第2組のビット系列を得、
    前記デインターリーブ手段は、前記所定数の時間信号に対応するビット数よりも小さいサイズであり、前記第1組のビット系列のビットの並び替えを前記一次復調手段における前記第2組の時間信号系列の一次復調処理と並行して行い、前記第1組のビット系列を構成するビットの並び替えの後、前記第2組のビット系列を構成するビットの並び替えを行うことを特徴とする受信装置。
  14. 前記第2の変換手段は、
    前記複数の周波数信号をまとめて逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
    前記逆フーリエ変化手段によって得られた前記所定数の周波数信号を並び替えるシンボルインターリーブ手段とを有することを特徴とする請求項13記載の受信装置。
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