JP2013143657A - Communication device and communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信機および通信方法に関する。 The present invention relates to a communication device and a communication method.
OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式の通信では、入力信号をサブキャリア変調し、IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation:逆高速フーリエ変換)を行い、ベースバンド信号を生成する。そのため、サブキャリアの数が増え、FFT(Fast Fourier Transformation:高速フーリエ変換)サイズが大きくなると、大きなピークを持つベースバンド信号が生成され、PAPR(Peak-to-Average Power Ratio:ピーク対平均電力比)が高くなるという性質を持っている。PAPRが高くなると、信号を歪みなく伝送するために広範囲において線形性を有する増幅器が必要となる。そこでPAPRを低減するための技術が開発されている。 In OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) communication, an input signal is subjected to subcarrier modulation, IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) is performed, and a baseband signal is generated. Therefore, when the number of subcarriers increases and the FFT (Fast Fourier Transformation) size increases, a baseband signal with a large peak is generated, and the PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) ) Is high. As the PAPR increases, an amplifier having linearity in a wide range is required to transmit a signal without distortion. Therefore, techniques for reducing PAPR have been developed.
特許文献1では、PAPRを低減するため、IFFTを行う前に逐次決定法により算出した最適位相に基づきサブキャリア変調信号の位相を制御する。
In
OFDM方式の通信では、PAPRを低減することが課題となっている。特許文献1では、PAPRを低減する最適位相を算出するために繰り返し計算処理を行い、サブキャリアごとに位相を制御する必要がある。また特許文献1に開示されている技術では、PAPRの低減の程度を制御することはできない。
In OFDM communication, reducing PAPR is an issue. In
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、OFDM方式の通信において、PAPRを低減し、さらにPAPRの低減の程度を制御することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce PAPR and control the degree of reduction of PAPR in OFDM communication.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記サブキャリア変調信号に加算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果の逆高速フーリエ変換を行って、ベースバンド信号を生成するIFFT手段と、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a communication device according to the first aspect of the present invention provides:
A communication device that communicates with other devices by orthogonal frequency division multiplex communication wireless communication,
Modulation means for modulating an input signal by a predetermined modulation method, assigning frequency components to subcarriers orthogonal to each other, and generating a subcarrier modulation signal;
It is a data sequence that is a set of the same number of data as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data sequence that has not been shifted in data is the same as the data sequence that has undergone an arbitrary shift in data. An arbitrary data series having an autocorrelation characteristic that is higher than an autocorrelation value between, and a plurality of data series having different values of at least one element, an amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series Calculating means for multiplying the subcarrier modulation signal by adding a compression code generated by combining a plurality of the data series subjected to the calculation;
IFFT means for generating a baseband signal by performing inverse fast Fourier transform on the calculation result of the calculation means;
Transmitting means for generating and transmitting a transmission signal from the baseband signal;
It is characterized by providing.
好ましくは、前記複数のデータ系列の内、任意の前記データ系列に対してデータの任意のシフトを行ったデータ系列は、その他の前記データ系列のいずれにも一致しない。 Preferably, of the plurality of data series, a data series obtained by arbitrarily shifting data with respect to the arbitrary data series does not match any of the other data series.
好ましくは、前記データ系列として擬似ランダム雑音系列を用いる。 Preferably, a pseudo random noise sequence is used as the data sequence.
好ましくは、前記圧縮符号の要素の振幅の最大値が、前記サブキャリア変調信号の要素の振幅の最大値より大きい。 Preferably, the maximum value of the amplitude of the element of the compression code is larger than the maximum value of the amplitude of the element of the subcarrier modulation signal.
本発明の第2の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って並列信号を生成するFFT手段と、
サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有するデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数の所定のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数を乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記並列信号から減算して、サブキャリア変調信号を生成する逆演算手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする。
The communication device according to the second aspect of the present invention is:
A communication device that communicates with other devices by orthogonal frequency division multiplex communication wireless communication,
Receiving means for receiving a transmission signal and generating a baseband signal;
FFT means for serially parallel converting the baseband signal and performing a fast Fourier transform to generate a parallel signal;
A data series that is a set of data of the same number as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data series that has not been shifted is between the data series that has undergone an arbitrary shift of data. An amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series are assigned to a plurality of predetermined data series having an autocorrelation characteristic that is higher than the autocorrelation value and having a value of at least one element different from each other. Inverse calculation means for performing a multiplication operation, subtracting a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the calculation from the parallel signal, and generating a subcarrier modulation signal;
Demodulation means for demodulating the subcarrier modulation signal by a predetermined demodulation method;
It is characterized by providing.
好ましくは、前記複数のデータ系列の内、任意の前記データ系列に対してデータの任意のシフトを行ったデータ系列は、その他の前記データ系列のいずれにも一致しない。 Preferably, of the plurality of data series, a data series obtained by arbitrarily shifting data with respect to the arbitrary data series does not match any of the other data series.
好ましくは、前記データ系列として擬似ランダム雑音系列を用いる。 Preferably, a pseudo random noise sequence is used as the data sequence.
好ましくは、前記圧縮符号の要素の振幅の最大値が、前記サブキャリア変調信号の要素の振幅の最大値より大きい。 Preferably, the maximum value of the amplitude of the element of the compression code is larger than the maximum value of the amplitude of the element of the subcarrier modulation signal.
好ましくは、前記受信手段は、前記ベースバンド信号を直並列変換したデータと前記圧縮符号との間に相関関係があることを利用して前記ベースバンド信号の同期位置を検出して、前記ベースバンド信号を抽出する。 Preferably, the receiving unit detects a synchronization position of the baseband signal by utilizing a correlation between data obtained by serial-parallel conversion of the baseband signal and the compression code, and detects the baseband signal. Extract the signal.
本発明の第3の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記サブキャリア変調信号に加算する演算ステップと、
前記演算ステップの演算結果の逆高速フーリエ変換を行って、ベースバンド信号を生成するIFFTステップと、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする。
The communication method according to the third aspect of the present invention is:
A communication method performed by a communication device that communicates with other devices by wireless communication of an orthogonal frequency division multiplex communication method,
A modulation step of modulating an input signal with a predetermined modulation method, assigning frequency components to subcarriers orthogonal to each other, and generating a subcarrier modulation signal;
It is a data sequence that is a set of the same number of data as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data sequence that has not been shifted in data is the same as the data sequence that has undergone arbitrary shift of data An arbitrary data series having an autocorrelation characteristic that is higher than an autocorrelation value between, and a plurality of data series having different values of at least one element, an amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series A calculation step of multiplying the subcarrier modulation signal with a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the calculation,
An IFFT step for generating a baseband signal by performing an inverse fast Fourier transform on a calculation result of the calculation step;
A transmission step of generating and transmitting a transmission signal from the baseband signal;
It is characterized by providing.
本発明の第4の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って並列信号を生成するFFTステップと、
サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有するデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数の所定のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数を乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記並列信号から減算して、サブキャリア変調信号を生成する逆演算ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする。
A communication method according to a fourth aspect of the present invention is:
A communication method performed by a communication device that communicates with other devices by wireless communication of an orthogonal frequency division multiplex communication method,
A reception step of receiving a transmission signal and generating a baseband signal;
An FFT step of serially parallel converting the baseband signal and performing a fast Fourier transform to generate a parallel signal;
A data series that is a set of data of the same number as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data series that has not been shifted is between the data series that has undergone an arbitrary shift of data. An amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series are assigned to a plurality of predetermined data series having an autocorrelation characteristic that is higher than the autocorrelation value and having a value of at least one element different from each other. An inverse operation step of performing a multiplication operation, subtracting a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the operation from the parallel signal, and generating a subcarrier modulation signal;
A demodulation step for demodulating the subcarrier modulation signal by a predetermined demodulation method;
It is characterized by providing.
本発明によれば、OFDM方式の通信において、PAPRを低減し、さらにPAPRの低減の程度を制御することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to reduce PAPR and further control the degree of PAPR reduction in OFDM communication.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。以下の説明において、IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation:逆高速フーリエ変換)は、IFFTとIDFT(Inverse Discrete Fourier Transformation:逆離散フーリエ変換)を含む概念とする。したがって本発明の実施の形態においては、IFFTの代わりに、IDFTを行うよう構成してもよい。同様にFFT(Fast Fourier Transformation:高速フーリエ変換)は、FFTとDFT(Discrete Fourier Transformation:離散フーリエ変換)を含む概念とする。またIDFTおよびDFTを行う場合は、以下の説明におけるFFTサイズとは、DFTのサイズを意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. In the following description, IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) is a concept including IFFT and IDFT (Inverse Discrete Fourier Transformation). Therefore, in the embodiment of the present invention, IDFT may be performed instead of IFFT. Similarly, FFT (Fast Fourier Transformation) is a concept including FFT and DFT (Discrete Fourier Transformation). When performing IDFT and DFT, the FFT size in the following description means the size of the DFT.
図1は、本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。通信機1は、OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式の無線通信により他の機器と通信を行う。通信機1は、アンテナ10、変調部11、直並列変換部12、演算部13、符号生成部14、IFFT部15、送信部16、およびコントローラ20を備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a communication device according to an embodiment of the present invention. The
コントローラ20は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)21、RAM(Random Access Memory)23、およびROM(Read-Only Memory)24を備える。複雑化を避け、理解を容易にするために、コントローラ20から各部への信号線が省略されているが、コントローラ20は通信機1の各部にI/O(Input/Output)22を介して接続しており、それらの処理の開始、終了、処理内容の制御を行う。
The
RAM23には、例えば送信フレームを生成するためのデータが記憶されている。ROM24は、コントローラ20が通信機1の動作を制御するための制御プログラムを格納する。コントローラ20は、制御プログラムに基づいて、通信機1を制御する。
In the
図2は、実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の通信機1に受信機能をもたせるため、図2に示す通信機1はさらに復調部31、並直列変換部32、逆演算部33、符号生成部34、FFT部35、受信部36、および送受信切替部37を備える。送信機能および受信機能を備える図2に示す通信機1を用いて、通信機1が行う通信方法について以下に説明する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a different configuration example of the communication device according to the embodiment. In order to provide the above-described
変調部11は、入力信号を所定の変調方式で変調し、変調信号を生成し、直並列変換部12に送る。変調方式として、例えばQPSK(Quadrature Phase-Shift Keying:四位相偏移変調)を用いる。直並列変換部12は、変調信号を直並列変換して並列信号を生成し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する。そして、サブキャリア変調信号を演算部13に送る。
The
符号生成部14は、サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、自己相関特性を有する任意のデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数のデータ系列を用意する。そして、複数のデータ系列にデータ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗算する演算を施し、該演算を施した複数のデータ系列を合成して圧縮符号を生成する。なおデータ系列ごとに定めた振幅係数は0以外の値である。自己相関特性を有するデータ系列とは、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高いデータ系列である。データの任意のシフトを行ったデータ系列は、データのシフトを行っていないデータ系列と比べて、少なくとも1の要素の値が異なる。 The code generation unit 14 is a data sequence that is a set of data of the same number as the number of subcarriers, and is an arbitrary data sequence having autocorrelation characteristics, and a plurality of data sequences having different values of at least one element prepare. Then, an operation of multiplying a plurality of data series by an amplitude coefficient and a complex exponential function determined for each data series is performed, and a plurality of data series subjected to the operation are synthesized to generate a compression code. The amplitude coefficient determined for each data series is a value other than zero. A data sequence having autocorrelation characteristics has a higher autocorrelation value with the same data sequence that has not been subjected to data shift than an autocorrelation value with a data sequence that has undergone arbitrary data shift It is a data series. A data series that has undergone an arbitrary shift of data differs in the value of at least one element from a data series that has not undergone a data shift.
複数のデータ系列として、異なる種類の複数のデータ系列を用いることができる。異なる種類の複数のデータ系列とは、複数のデータ系列の内、任意のデータ系列に対してデータの任意のシフトを行ったデータ系列は、その他のデータ系列のいずれにも一致しないデータ系列を意味する。異なる種類の複数のデータ系列を用いることで、圧縮符号のランダム性が増し、ベースバンド信号のPAPRを低減することが可能となる。また、後述するように受信側でシンボル同期を行った場合に、正のピークが原点にのみ現れるので同期処理が容易である。 A plurality of different data series can be used as the plurality of data series. Multiple data series of different types means a data series in which data is arbitrarily shifted with respect to an arbitrary data series among the multiple data series and does not match any of the other data series To do. By using a plurality of different types of data series, the randomness of the compression code increases and the PAPR of the baseband signal can be reduced. Further, as will be described later, when symbol synchronization is performed on the receiving side, a positive peak appears only at the origin, so that synchronization processing is easy.
同じデータ系列について、データの任意のシフトを行ったデータ系列とデータのシフトを行っていないデータ系列とは、異なるデータ系列であるから、同じデータ系列のデータのシフトを行って生成した異なる複数のデータ系列を用いてもよい。その場合には、受信側でシンボル同期を行った際に、原点以外の場所にも原点のピークに比べて小さい値ではあるが、正のピークが現れるため、異なる種類の複数のデータ系列を用いる場合に比べて同期処理が難しくなる。なお異なる種類の複数のデータ系列および同じデータ系列のデータのシフトを行って生成した異なる複数のデータ系列をあわせて用いても良い。 For the same data series, a data series with an arbitrary data shift and a data series without a data shift are different data series. Therefore, a plurality of different data generated by shifting data of the same data series are generated. A data series may be used. In this case, when symbol synchronization is performed on the receiving side, a positive peak appears in a location other than the origin, but a different value is used. Compared to the case, the synchronization process becomes difficult. A plurality of different types of data series and a plurality of different data series generated by shifting data of the same data series may be used together.
上述のようなデータ系列として、例えばPN(Pseudorandom Noise:擬似ランダム雑音)系列を用いることができる。またCAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation)系列を用いることもできるが、CAZAC系列と比べてPN系列の方が種類が多いため、PN系列の方が好ましい。サブキャリアの数をNとした場合に、複数の異なる種類のPN系列は下記(1)式のように表される。下付き文字は、各PN系列を区別するための数字であり、上付き文字はPN系列の要素数を示す。 As the above data series, for example, a PN (Pseudorandom Noise) series can be used. A CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) sequence can also be used. However, since the PN sequence has more types than the CAZAC sequence, the PN sequence is preferable. When the number of subcarriers is N, a plurality of different types of PN sequences are represented by the following equation (1). The subscript is a number for distinguishing each PN series, and the superscript indicates the number of elements of the PN series.
各PN系列を、PNk (N)として表すと、圧縮符号Cは、下記(2)式で表される。下記(2)式中のAkはデータ系列ごとに定めた振幅係数であり、exp(jθk)はデータ系列ごとに定めた複素指数関数である。jは虚数単位である。 When each PN sequence is expressed as PN k (N) , the compression code C is expressed by the following equation (2). In the following equation (2), A k is an amplitude coefficient defined for each data series, and exp (jθ k ) is a complex exponential function defined for each data series. j is an imaginary unit.
図3は、実施の形態における符号生成部の構成例を示す図である。符号生成部14は、符号生成器141、増幅器142、位相回転器143および合成部144を備える。符号生成器141は、複数の異なる種類のデータ系列として、例えばPN系列を生成し、増幅器142に送る。増幅器142は、データ系列にデータ系列ごとに定めた振幅係数を乗じて、該振幅係数を乗じたデータ系列を位相回転器143に送る。位相回転器143は、送られたデータ系列にデータ系列ごとに定めた複素指数関数を乗じて位相を回転させる。位相回転器143は、該複素指数関数を乗じたデータ系列を合成部144に送る。合成部144は、送られたデータ系列を合成して圧縮符号Cを生成する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the code generation unit in the embodiment. The code generation unit 14 includes a
符号生成部14は、圧縮符号Cを演算部13に送る。演算部13は、下記(3)式で表されるように、サブキャリア変調信号dに圧縮符号Cを加算し、圧縮符号を加算した演算結果d’をIFFT部15に送る。
The code generation unit 14 sends the compression code C to the
IFFT部15は、演算結果d’のIFFTを行って、ベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号を送信部16に送る。送信部16は、ベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部37およびアンテナ10を介して他の機器に送信信号を送信する。
The
実施の形態に係る通信機を用いてPAPR(Peak-to-Average Power Ratio:ピーク対平均電力比)を低減する原理について説明する。図4は、実施の形態に係る通信機を用いてPAPRを低減する原理を示す図である。横軸が周波数(単位:サブキャリア間隔f0)、縦軸が振幅である。図4(a)は、サブキャリア変調信号dを示し、図4(b)は圧縮符号Cを示し、図4(c)は演算部13の演算結果d’を示している。図4中の棒グラフ上の数字は、各周波数における振幅を示している。
The principle of reducing PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) using the communication device according to the embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of reducing the PAPR using the communication device according to the embodiment. The horizontal axis represents frequency (unit: subcarrier interval f 0 ), and the vertical axis represents amplitude. 4A shows the subcarrier modulation signal d, FIG. 4B shows the compression code C, and FIG. 4C shows the calculation result d ′ of the
図4(a)のIFFTを行って生成した信号のPAPRは、4.3151dBである。図4(b)のIFFTを行って生成した信号のPAPRは、3.0103dBである。図4(c)のIFFTを行って生成した信号のPAPRは、3.0737dBである。 The PAPR of the signal generated by performing the IFFT in FIG. 4A is 4.3151 dB. The PAPR of the signal generated by performing the IFFT in FIG. 4B is 3.0103 dB. The PAPR of the signal generated by performing the IFFT in FIG. 4C is 3.0737 dB.
すなわち、PN系列のIFFTを行って生成した信号のPAPRは、サブキャリア変調信号から生成するベースバンド信号のPAPRより低いため、PN系列を用いて生成した圧縮符号をサブキャリア変調信号に加算することにより、ベースバンド信号のPAPRを低減することが可能となる。 That is, since the PAPR of the signal generated by performing IFFT of the PN sequence is lower than the PAPR of the baseband signal generated from the subcarrier modulation signal, the compression code generated using the PN sequence is added to the subcarrier modulation signal. Thus, it is possible to reduce the PAPR of the baseband signal.
受信側での処理を以下に説明する。受信部36は、アンテナ10および送受信切替部37を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、FFT部35に送る。FFT部35は、ベースバンド信号を直並列変換し、FFTを行って並列信号を生成する。FFT部35は、並列信号を逆演算部33に送る。
Processing on the receiving side will be described below. The receiving
符号生成部34は、データの数がサブキャリアの数と同じであり、自己相関特性を有するデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数の所定のデータ系列にデータ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗じる演算を行い、該演算を行った複数のデータ系列を合成して圧縮符号を生成する。所定のデータ系列とは、送信側で用いたデータ系列と同じデータ系列であり、データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数も送信側で用いた振幅係数および複素指数関数と同じである。なお符号生成部34は、送信側で圧縮符号の生成に用いた複数のデータ系列、振幅係数および複素指数関数の位相値についての情報の代わりに、圧縮符号についての情報のみを保持するよう構成してもよい。
The
符号生成部34は、圧縮符号を逆演算部33に送る。逆演算部33は、下記(4)式で表されるように、並列信号rから圧縮符号Cを減算する。
The
ここで並列信号rは送信側の演算部13の演算結果d’と同じであるから、上記(3)式より、演算結果r’はサブキャリア変調信号dに一致することがわかる。逆演算部33は、サブキャリア変調信号dを並直列変換部32に送る。並直列変換部32は、サブキャリア変調信号を並直列変換し、直列信号を生成して復調部31に送る。復調部31は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部31は直列信号のQPSK復調を行う。これにより変調部11で変調した入力信号を復調部31で復調して出力することができる。
Here, since the parallel signal r is the same as the calculation result d ′ of the
なお受信部36でシンボル同期を行うよう構成してもよい。送信側の演算部13では、サブキャリア変調信号に圧縮符号を加算し、IFFT部15はその演算結果に基づきベースバンド信号を生成しているため、圧縮符号とベースバンド信号を直並列変換したデータとの間には正の相関がある。そこで受信部36は、圧縮符号との相関分析を行い、相関値が所定の値以上である正のピークが現れるかどうかに基づき、ベースバンド信号の同期位置を検出し、ベースバンド信号を抽出することができる。
The receiving
以上説明したとおり、本発明の実施の形態に係る通信機1によれば、OFDM通信方式において、サブキャリア変調信号に圧縮符号を加算することでPAPRを低減することが可能となる。また後述するように、PAPRを低減し、PAPRの低減の程度を制御することが可能となる。
As described above, according to the
(具体例)
次に、シミュレーションにより本実施の形態に係る発明の効果を説明する。入力信号にランダム信号を用いて、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、PAPRの算出を繰り返すシミュレーションを行った。変調方式としてQPSKを用い、FFTサイズを2048として、従来技術と本実施の形態に係る発明のPAPR特性を比較した。従来技術とは、演算部13において上述のような演算を加えずにサブキャリア変調信号からベースバンド信号を生成する方法である。
(Concrete example)
Next, the effect of the invention according to the present embodiment will be described by simulation. Using a random signal as an input signal, a simulation was performed for generating the baseband signal and repeatedly calculating the PAPR for the related art and the invention according to the present embodiment. The PAPR characteristics of the prior art and the invention according to the present embodiment were compared using QPSK as the modulation method and 2048 as the FFT size. The prior art is a method for generating a baseband signal from a subcarrier modulation signal without adding the above-described calculation in the
本実施の形態に係る発明については、異なる種類の4つのPN系列であるPN1、PN2、PN3、およびPN4を用いた。各PN系列に乗じた振幅係数はそれぞれ、−0.025、0.05、1および2である。また各PN系列に乗じた複素指数関数の位相値はそれぞれ、45°、−90°、0°および22.5°である。 For the invention according to the present embodiment, four different types of PN sequences, PN 1 , PN 2 , PN 3 , and PN 4 were used. The amplitude coefficients multiplied by each PN sequence are -0.025, 0.05, 1 and 2, respectively. The phase values of the complex exponential function multiplied by each PN sequence are 45 °, −90 °, 0 °, and 22.5 °, respectively.
図5は、シミュレーションで用いた信号の波形を示す図である。横軸が周波数(単位:サブキャリア間隔f0)、縦軸が振幅であり、シミュレーションで用いた信号の一部分の波形を示している。図5(a)は、上述の4つのPN系列に上述の振幅係数および複素指数関数を乗じ、PN系列を合成して生成した圧縮符号の信号波形である。図5(b)は、サブキャリア変調信号の信号波形である。図5(c)は、サブキャリア変調信号に圧縮符号を加算した演算結果の信号波形である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of a signal used in the simulation. The horizontal axis represents frequency (unit: subcarrier interval f 0 ), and the vertical axis represents amplitude, showing a waveform of a part of the signal used in the simulation. FIG. 5A shows a signal waveform of a compression code generated by multiplying the above-described four PN sequences by the above-described amplitude coefficient and complex exponential function and synthesizing the PN sequences. FIG. 5B is a signal waveform of the subcarrier modulation signal. FIG. 5C shows a signal waveform of a calculation result obtained by adding a compression code to the subcarrier modulation signal.
図6は、シミュレーションしたベースバンド信号のPAPR特性を示す図である。横軸がシミュレーションを行った回数である計算回数であり、縦軸がPAPR(単位:dB)である。従来技術のPAPRの最大値は11.4dBであるのに対し、本実施の形態のPAPRの最大値は8.7dBであり、最大PAPRが2.7dB低減されている。また従来技術のPAPRの平均値は9.1dBであるのに対し、本実施の形態のPAPRの平均値は6.7dBであり、PAPRの平均値が2.4dB低減されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating PAPR characteristics of a simulated baseband signal. The horizontal axis is the number of calculations that is the number of times of simulation, and the vertical axis is PAPR (unit: dB). The maximum value of PAPR in the prior art is 11.4 dB, whereas the maximum value of PAPR in the present embodiment is 8.7 dB, and the maximum PAPR is reduced by 2.7 dB. In addition, the average value of PAPR in the prior art is 9.1 dB, whereas the average value of PAPR in the present embodiment is 6.7 dB, and the average value of PAPR is reduced by 2.4 dB.
また従来技術と本実施の形態のPAPRのCCDF(Complementary Cumulative Distribution Function:相補累積分布関数)、すなわちPAPRの発生確率の特性を比較した。図7は、シミュレーションしたベースバンド信号のPAPRのCCDF特性を示す図である。横軸はPAPR(単位:dB)、縦軸はPAPRのCCDFである。線が細い方のグラフが従来技術のPAPRのCCDF特性を示し、線が太い方のグラフが本実施の形態に係る発明のPAPRのCCDF特性を示す。図7に示す範囲において、本実施の形態に係る発明のPAPRは従来技術と比べて低減されている。 In addition, the PAPR CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function), that is, the characteristics of the occurrence probability of PAPR in the present embodiment and the PAPR are compared. FIG. 7 is a diagram showing the PAPR CCDF characteristics of the simulated baseband signal. The horizontal axis is PAPR (unit: dB), and the vertical axis is PAPR CCDF. The graph with the thinner line shows the CCDF characteristic of the PAPR of the prior art, and the graph with the thicker line shows the CCDF characteristic of the PAPR of the invention according to the present embodiment. In the range shown in FIG. 7, the PAPR of the invention according to the present embodiment is reduced as compared with the prior art.
なお圧縮符号を生成する際に用いる振幅係数および複素指数関数の位相値を変更することで、PAPRの値が変化する。したがって、本実施の形態に係る発明によれば、OFDM通信方式において、PAPRを低減し、さらにPAPRの低減の程度を制御することができることがわかった。 Note that the PAPR value changes by changing the amplitude coefficient and the phase value of the complex exponential function used when generating the compression code. Therefore, according to the invention according to the present embodiment, it has been found that, in the OFDM communication system, PAPR can be reduced and the degree of PAPR reduction can be controlled.
図8は、シミュレーションした相関分析の結果を示す図である。横軸は周波数(単位:サブキャリア間隔f0)であり、縦軸は相関の有無を示す電力である。周波数は、電力がピーク値となるときの周波数の値が0となるよう補正した値である。上述のシミュレーションと同じ圧縮符号を用いて、ある入力信号から生成したサブキャリア変調信号に異なる種類のPN系列を用いて生成した圧縮符号を加算してベースバンド信号を生成した。そして受信側において、圧縮符号とベースバンド信号を直並列変換したデータとの間で相関分析のシミュレーションを行った。図8に示すように、正のピークが現れている。したがって、本実施の形態においては、圧縮符号とベースバンド信号を直並列変換したデータとの間にある相関を利用して、ベースバンド信号の同期位置を検出することができることがわかった。 FIG. 8 is a diagram showing the result of the simulated correlation analysis. The horizontal axis represents frequency (unit: subcarrier interval f 0 ), and the vertical axis represents power indicating the presence or absence of correlation. The frequency is a value corrected so that the frequency value when the power reaches the peak value becomes zero. Using the same compression code as in the above simulation, a baseband signal was generated by adding a compression code generated using a different type of PN sequence to a subcarrier modulation signal generated from a certain input signal. On the receiving side, a simulation of correlation analysis was performed between the compressed code and data obtained by serial-parallel conversion of the baseband signal. As shown in FIG. 8, a positive peak appears. Therefore, in the present embodiment, it has been found that the synchronization position of the baseband signal can be detected using the correlation between the compression code and the data obtained by serial-parallel conversion of the baseband signal.
本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。変調部11の変調方式は、QPSKに限られず、QPSK以外のPSK(Phase Shift Keying:位相偏移変調)やQAM(Quadrature Amplitude Modulation:直角位相振幅変調)などを用いることができる。変調部11と直並列変換部12の順序を変えて、入力信号を直並列変換してサブキャリア信号に割り当て、並列信号の各データを所定の変調方式で変調するよう構成してもよい。その場合、受信側では復調部31と並直列変換部32の順序を変えて、復調処理を行う。
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The modulation method of the
圧縮符号のPAPRはサブキャリア変調信号のPAPRと比べて低いことから、圧縮符号の要素の振幅の最大値がサブキャリア変調信号の要素の振幅の最大値より大きくなるよう構成することで、PAPRをさらに低減することが可能となる。IFFT部15は、IFFTの代わりにIDFTを行うよう構成してもよいし、FFT部35は、FFTの代わりにDFTを行うよう構成してもよい。
Since the PAPR of the compression code is lower than the PAPR of the subcarrier modulation signal, it is possible to configure the PAPR so that the maximum amplitude of the compression code element is larger than the maximum amplitude of the subcarrier modulation signal element. Further reduction is possible. The
1 通信機
10 アンテナ
11 変調部
12 直並列変換部
13 演算部
14、34 符号生成部
15 IFFT部
16 送信部
20 コントローラ
21 CPU
22 I/O
23 RAM
24 ROM
31 復調部
32 並直列変換部
33 逆演算部
35 FFT部
36 受信部
37 送受信切替部
141 符号生成器
142 増幅器
143 位相回転器
144 合成部
DESCRIPTION OF
22 I / O
23 RAM
24 ROM
Claims (11)
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記サブキャリア変調信号に加算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果の逆高速フーリエ変換を行って、ベースバンド信号を生成するIFFT手段と、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信機。 A communication device that communicates with other devices by orthogonal frequency division multiplex communication wireless communication,
Modulation means for modulating an input signal by a predetermined modulation method, assigning frequency components to subcarriers orthogonal to each other, and generating a subcarrier modulation signal;
It is a data sequence that is a set of the same number of data as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data sequence that has not been shifted in data is the same as the data sequence that has undergone an arbitrary shift in data. An arbitrary data series having an autocorrelation characteristic that is higher than an autocorrelation value between, and a plurality of data series having different values of at least one element, an amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series Calculating means for multiplying the subcarrier modulation signal by adding a compression code generated by combining a plurality of the data series subjected to the calculation;
IFFT means for generating a baseband signal by performing inverse fast Fourier transform on the calculation result of the calculation means;
Transmitting means for generating and transmitting a transmission signal from the baseband signal;
A communication device comprising:
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って並列信号を生成するFFT手段と、
サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有するデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数の所定のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数を乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記並列信号から減算して、サブキャリア変調信号を生成する逆演算手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする通信機。 A communication device that communicates with other devices by orthogonal frequency division multiplex communication wireless communication,
Receiving means for receiving a transmission signal and generating a baseband signal;
FFT means for serially parallel converting the baseband signal and performing a fast Fourier transform to generate a parallel signal;
A data series that is a set of data of the same number as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data series that has not been shifted is between the data series that has undergone an arbitrary shift of data. An amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series are assigned to a plurality of predetermined data series having an autocorrelation characteristic that is higher than the autocorrelation value and having a value of at least one element different from each other. Inverse calculation means for performing a multiplication operation, subtracting a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the calculation from the parallel signal, and generating a subcarrier modulation signal;
Demodulation means for demodulating the subcarrier modulation signal by a predetermined demodulation method;
A communication device comprising:
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数をそれぞれ乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記サブキャリア変調信号に加算する演算ステップと、
前記演算ステップの演算結果の逆高速フーリエ変換を行って、ベースバンド信号を生成するIFFTステップと、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。 A communication method performed by a communication device that communicates with other devices by wireless communication of an orthogonal frequency division multiplex communication method,
A modulation step of modulating an input signal with a predetermined modulation method, assigning frequency components to subcarriers orthogonal to each other, and generating a subcarrier modulation signal;
It is a data sequence that is a set of the same number of data as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data sequence that has not been shifted in data is the same as the data sequence that has undergone an arbitrary shift in data. An arbitrary data series having an autocorrelation characteristic that is higher than an autocorrelation value between, and a plurality of data series having different values of at least one element, an amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series A calculation step of multiplying the subcarrier modulation signal with a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the calculation,
An IFFT step for generating a baseband signal by performing an inverse fast Fourier transform on a calculation result of the calculation step;
A transmission step of generating and transmitting a transmission signal from the baseband signal;
A communication method comprising:
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って並列信号を生成するFFTステップと、
サブキャリアの数と同じ個数のデータの集合であるデータ系列であり、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有するデータ系列であって、少なくとも1の要素の値が異なる複数の所定のデータ系列に、前記データ系列ごとに定めた振幅係数および複素指数関数を乗算する演算を施し、前記演算を施した複数の前記データ系列を合成して生成した圧縮符号を前記並列信号から減算して、サブキャリア変調信号を生成する逆演算ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。 A communication method performed by a communication device that communicates with other devices by wireless communication of an orthogonal frequency division multiplex communication method,
A reception step of receiving a transmission signal and generating a baseband signal;
An FFT step of serially parallel converting the baseband signal and performing a fast Fourier transform to generate a parallel signal;
A data series that is a set of data of the same number as the number of subcarriers, and the autocorrelation value with the same data series that has not been shifted is between the data series that has undergone an arbitrary shift of data. An amplitude coefficient and a complex exponential function defined for each data series are assigned to a plurality of predetermined data series having an autocorrelation characteristic that is higher than the autocorrelation value and having a value of at least one element different from each other. An inverse operation step of performing a multiplication operation, subtracting a compression code generated by combining the plurality of data series subjected to the operation from the parallel signal, and generating a subcarrier modulation signal;
A demodulation step for demodulating the subcarrier modulation signal by a predetermined demodulation method;
A communication method comprising:
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