JP2013162298A - 通信機および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】変調部１１は入力信号から変調信号を生成し、直並列変換部１２は変調信号からサブキャリア変調信号を生成する。ＩＦＦＴ部１３はサブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って第１データを生成する。演算部１４は第１データの各要素に要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの振幅係数は１以外の値である振幅係数を乗算し、さらに要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれかの分散係数は０以外の値である分散係数を加算する。そして、演算結果に基づきデータシンボルを生成する。送信部１５は、データシンボルを含む送信フレームをアンテナ１０を介して他の機器に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機および通信方法に関する。

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。

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。

特開２００６−１６５７８１号公報

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。

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。

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、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って第１データを生成するＩＦＦＴ手段と、
前記第１データの各要素に、前記要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの前記振幅係数は１以外の値である前記振幅係数を乗算し、さらに前記要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれか１つの前記分散係数は０以外の値である前記分散係数を加算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づきデータシンボルを生成する合成手段と、
前記データシンボルを含む送信フレームを送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記第１データは、前記第１データにおいて上下に連続して位置する所定の数の前記要素を含む、複数のサブデータを含み、
前記演算手段は、任意の前記サブデータについて、該サブデータに含まれる前記要素にそれぞれ、同じ前記振幅係数を乗算し、さらに同じ前記分散係数を加算する。

好ましくは、任意の前記サブデータに含まれる前記要素の数は同じであり、前記分散係数は、所定の振幅値をもつ正弦波であって、該正弦波の位相は、該正弦波の１周期を前記サブデータの個数で除算して前記サブデータを示す番号を乗じた値である。

好ましくは、連続する所定の数の前記入力信号が、前記サブキャリア変調信号の各要素の値が同じである同一信号であって、前記入力信号は互いに同じ所定の前記同一信号である場合に、連続する前記入力信号に基づく複数の前記第１データについて、前記第１データにおいて振幅が最大である要素が所定の前記サブデータの所定の要素に位置し、前記振幅が最大である要素の位置は、前記第１データごとに異なるように、前記第１データのデータのシフトを行うシフト手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記シフト手段でシフトを行った前記第１データの各要素について、前記サブデータに含まれる前記要素にそれぞれ、同じ前記振幅係数を乗算し、さらに同じ前記分散係数を加算し、
前記合成手段は、前記演算手段の演算結果に基づきデータシンボルを生成し、
前記送信手段は、該データシンボルを所定の位置に含む前記送信フレームを送信する。

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、
データシンボルを含む送信フレームを受信する受信手段と、
前記データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する直並列手段と、
前記並列信号の各要素から、前記要素ごとに定めた複素数である所定の分散係数を減算し、さらに前記要素ごとに定めた実数である所定の振幅係数で除算する逆演算手段と、
前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ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。

好ましくは、前記並列信号は、前記並列信号において上下に連続して位置する所定の数の前記要素を含む、複数のサブデータを含み、
前記逆演算手段は、任意の前記サブデータについて、該サブデータに含まれる前記要素からそれぞれ、同じ前記分散係数を減算し、さらに同じ前記振幅係数で除算する。

好ましくは、任意の前記サブデータに含まれる前記要素の数は同じであり、前記分散係数は、所定の振幅値をもつ正弦波であって、該正弦波の位相は、該正弦波の１周期を前記サブデータの個数で除算して前記サブデータを示す番号を乗じた値である。

好ましくは、前記送信フレーム内の所定の位置にある前記データシンボルから生成した前記並列信号の信号点配置図に基づき、予め定めた信号点配置図の中から該並列信号の前記信号点配置図に一致するとみなした前記信号点配置図を選択し、選択した該信号点配置図の点ごとに定めた振幅係数および分散係数、および該信号点配置図の点に対応する該並列信号の要素の該並列信号における位置に基づき、前記並列信号の前記要素ごとに定めた前記振幅係数および前記分散係数を検出する信号点配置図検出手段をさらに備え、
前記逆演算手段は、前記並列信号の各要素から、前記信号点配置図検出手段が検出した前記要素ごとに定めた前記分散係数を減算し、さらに前記信号点配置図検出手段が検出した前記要素ごとに定めた前記振幅係数で除算する。

好ましくは、前記受信手段は、前記サブキャリア変調信号の各要素の値が同じである同一信号の逆高速フーリエ変換を行って生成した第１データを互いに異なる所定の回数だけシフトし、所定の演算を施して生成された複数の前記データシンボルを所定の位置に含む前記送信フレームを受信し、
前記所定の位置にある該複数のデータシンボルから生成されたそれぞれの前記並列信号の各要素に対応する複素平面上の点の内、該並列信号ごとに位置が異なる点とその点に対応づけられた該並列信号によらず位置が同じ点との距離から、該並列信号によらず位置が同じ点ごとに算出した振幅係数、該並列信号によらず位置が同じ点と前記複素平面の原点との差を表す複素数から、該並列信号によらず位置が同じ点ごとに算出した分散係数、および該並列信号によらず位置が同じ点に対応する該並列信号の要素が含まれる前記サブデータに基づき、前記並列信号の前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記振幅係数および前記分散係数を検出する検出手段をさらに備え、
前記逆演算手段は、前記並列信号の各要素から、前記検出手段が検出した前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記分散係数を減算し、さらに前記検出手段が検出した前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記振幅係数で除算する。

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、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って第１データを生成するＩＦＦＴステップと、
前記第１データの各要素に、前記要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの前記振幅係数は１以外の値である前記振幅係数を乗算し、さらに前記要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれか１つの前記分散係数は０以外の値である前記分散係数を加算する演算ステップと、
前記演算ステップの演算結果に基づきデータシンボルを生成する合成ステップと、
前記データシンボルを含む送信フレームを送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする。

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、
データシンボルを含む送信フレームを受信する受信ステップと、
前記データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する直並列ステップと、
前記並列信号の各要素から、前記要素ごとに定めた複素数である所定の分散係数を減算し、さらに前記要素ごとに定めた実数である所定の振幅係数で除算する逆演算ステップと、
前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ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。

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。

本発明の実施の形態１に係る通信機の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。 シミュレーションした第１データおよび第１データの演算結果の信号点配置図である。 本発明の実施の形態２に係る通信機の構成例を示すブロック図である。 ランダム信号でシミュレーションした並列信号の信号点配置図である。 本発明の実施の形態３に係る通信機の構成例を示すブロック図である。 同一信号でシミュレーションした並列信号の信号点配置図である。 シミュレーションにおける振幅係数、分散係数、およびＰＡＰＲの関係を示す図である。 シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。 シミュレーションにおける第１データの要素の振幅の変化を示す図である。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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、ＩＦＦＴ部１３、演算部１４、送信部１５、およびコントローラ２０を備える。

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。

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。

図２は、実施の形態１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、ＦＦＴ部３３、逆演算部３４、受信部３５、および送受信切替部３６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。

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ＩＦＦＴ部１３に送る。ＩＦＦＴ部１３は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、第１データを生成して演算部１４に送る。

演算部１４は、第１データの各要素に、要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの振幅係数は１以外の値である振幅係数を乗算し、さらに要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれか１つの分散係数は０以外の値である分散係数を加算する。振幅係数および分散係数は、後述するようにＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）の低減の程度およびＢＥＲ(Bit Error Rate：符号誤り率)の劣化の程度を考慮して予め定められている。

振幅係数および分散係数はそれぞれ要素ごとに異なる値でもよいし、同じ値でもよい。また第１データは、第１データにおいて上下に連続して位置する所定の数の要素を含む、複数のサブデータを含むよう構成し、演算部１４は、任意のサブデータについて、サブデータに含まれる各要素に同じ振幅係数を乗算し、さらに同じ分散係数を加算するよう構成してもよい。さらに各サブデータに含まれる要素の数は異なってもよいし、同じでもよい。

各サブデータに含まれる要素の数を異なる値とし、例えば第１データの要素の内、振幅が所定の値を超える要素については振幅係数を他の要素に比べて小さくし、振幅が所定の値より小さい要素については振幅係数を他の要素に比べて大きくするよう構成することで、ＰＡＰＲを低減することが可能である。

また各サブデータに含まれる要素の数を同じ値とした場合には、１つの演算器で上述の演算を実現することが可能である。各サブデータに含まれる要素の数が同じであり、分散係数は、所定の振幅値をもつ正弦波であって、該正弦波の位相は、該正弦波の１周期をサブデータの個数で除算してサブデータを示す番号を乗じた値である正弦波であるよう構成してもよい。このような構成をとることで、後述するように第１データに上述の演算を加えたデータの信号点配置図の各点が原点を中心とする円の円周上に近づき、ＰＡＰＲを低減することが可能となる。

例えばＦＦＴサイズをＮとすると、第１データｕは、下記（１）式で表される。

ここで例えばサブデータの個数をｄ、各サブデータに含まれる要素の数を２とし、ｋ番目のサブデータの要素の演算に用いる振幅係数をａ_ｋ、分散係数をσ_ｋとすると、演算結果は、下記（２）式で表される。

分散係数σ_ｋは例えば下記（３）式で表されるような正弦波を用いることができる。下記（３）式中のＡは０以外の値である所定の振幅値である。

演算部１４は、演算結果に基づきデータシンボルを生成し、送信部１５に送る。送信部１５は、データシンボルを含む送信フレームを生成し、送受信切替部３６およびアンテナ１０を介して他の機器に送信する。

上述の演算によりＰＡＰＲを低減する原理を示す。図３は、シミュレーションした第１データおよび第１データの演算結果の信号点配置図である。所定の変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを２０４８として、ランダム信号を用いて第１データを生成した。図３（ａ）は、第１データの信号点配置図である。図３（ｂ）は、サブデータの個数を１６個とし、全サブデータにおいて振幅係数を０．９とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値Ａを０．２として第１データに上述の演算を施した演算結果の信号点配置図である。図３（ｃ）は、サブデータの個数を６４個とし、全サブデータにおいて振幅係数を０．５とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値Ａを０．８として第１データに上述の演算を施した演算結果の信号点配置図である。図３（ｄ）は、サブデータの個数を８個とし、全サブデータにおいて振幅係数を０．８とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値Ａを０．０８として第１データに上述の演算を施した演算結果の信号点配置図である。

図３（ａ）のデータから生成したデータシンボルのＰＡＰＲは９．０１ｄＢであるのに対し、図３（ｂ）は１．８７ｄＢであり、図３（ｃ）は０．２９ｄＢであり、図３（ｄ）は３．６４ｄＢである。第１データに上述の演算を施した演算結果である図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のいずれの場合も、従来技術よりＰＡＰＲが低減されている。したがって、所定の振幅係数および分散係数を用いて上述の演算を施すことにより、データシンボルのＰＡＰＲを低減することが可能となる。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３５は、アンテナ１０および送受信切替部３６を介して送信信号を受信し、データシンボルを抽出し、逆演算部３４に送る。逆演算部３４は、データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する。逆演算部３４は、並列信号の各要素から、要素ごとに定めた複素数である所定の分散係数を減算し、さらに要素ごとに定めた実数である所定の振幅係数で除算する。要素ごとに定めた分散係数および振幅係数は、送信側で用いた第１データにおいて同じ位置にある要素ごとに定めた分散係数および振幅係数と同じ値である。受信側では予め要素ごとに定めた分散係数および振幅係数についての情報を保持しているものとする。

したがって、送信側と同様に、振幅係数および分散係数は要素ごとに異なる値でもよいし、同じ値でもよい。また並列信号は、並列信号において上下に連続して位置する所定の数の要素を含む、複数のサブデータを含むよう構成し、逆演算部３４は、任意のサブデータについて、サブデータに含まれる各要素からそれぞれ、同じ分散係数を減算し、さらに同じ振幅係数で除算するよう構成してもよい。サブデータの個数およびサブデータに含まれる並列信号要素の並列信号における位置は、送信側で用いたサブデータの個数およびサブデータに含まれる第１データの要素の第１データにおける位置とそれぞれ一致する。さらに各サブデータに含まれる要素の数は異なってもよいし、同じでもよい。

並列信号ｒは、下記（４）式で表される。ここで上述の例と同様に、サブデータの個数をｄとし、各サブデータに含まれる要素の数を２とし、ｋ番目のサブデータの要素の演算に用いる振幅係数をａ_ｋ、分散係数をσ_ｋとすると、演算結果は、下記（５）式で表される。

並列信号ｒは、上記（２）式で表される演算部１４の演算結果に一致するので、逆演算部３４の演算結果は、第１データｕに一致する。

逆演算部３４は、演算結果をＦＦＴ部３３に送る。ＦＦＴ部は演算結果のＦＦＴを行い、サブキャリア変調信号を生成する。ＦＦＴ部３３は、サブキャリア変調信号を並直列変換部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。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１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のＩＦＦＴを行って生成した第１データに所定の振幅係数と分散係数に基づき、所定の演算を施すことでＰＡＰＲを低減することが可能となる。また後述するように、ＰＡＰＲの低減の程度を制御することが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る通信機の構成例を示す図である。送信側の動作は実施の形態１と同様であるため、送信機能および受信機能を備える図４に示す通信機１を用いて、実施の形態１と異なる受信側の動作について説明する。実施の形態２に係る通信機１は、図２に示す実施の形態１に係る通信機１の構成に加え、検出部３７を備える。

受信部３５は、アンテナ１０および送受信切替部３６を介して送信信号を受信し、データシンボルを抽出し、検出部３７に送る。検出部３７は、データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する。

検出部３７は、例えばプリアンブルの直後の位置などの所定の位置にあるデータシンボルから生成した並列信号の信号点配置図に基づき、予め定めた信号点配置図の中から該並列信号の信号点配置図に一致するとみなしたものを選択する。そして選択した信号点配置図の点ごとに定めた分散係数および振幅係数、および信号点配置図の点に対応する該並列信号の要素の該並列信号における位置に基づき、逆演算部３４で用いる並列信号の要素ごとに定めた分散係数および振幅係数を検出する。

図５は、ランダム信号でシミュレーションした並列信号の信号点配置図である。所定の変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを２０４８としてシミュレーションを行った。送信側で、サブデータに含まれる要素の数を同じ値とし、全てのサブデータにおいて同じ振幅係数と上記（３）式で表され、振幅値が同じである分散係数を用いた場合に、例えば図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような特徴的な信号点配置図が得られる。

図５（ａ）、（ｂ）は、送信側でサブデータの個数を１２８個とし、全サブデータにおいて振幅係数を１．５とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値を０．０８として、あるランダム信号に基づく第１データに上述の演算を施した場合の、並列信号の信号点配置図である。図５（ｃ）は、分散係数の振幅値を０．８に変更した場合の、並列信号の信号点配置図である。

例えば並列信号の信号点配置図が図５（ａ）に示す信号点配置図である場合に、予め定めた渦巻を示す信号点配置図を選択し、選択した信号点配置図のある点に対応する並列信号の各要素は１のサブデータに含まれるものとみなし、該サブデータに含まれる要素の並列信号における位置と、該信号点配置図の点ごとに定めた分散係数および振幅係数とに基づき、逆演算部３４で用いる並列信号の要素ごとに定めた分散係数および振幅係数を検出する。例えば、選択した信号点配置図のある点から所定の範囲内に、並列信号の第１行目の要素と第２行目の要素に対応する点が位置している場合には、該信号点配置図のある点に対して定められた分散係数σ_１と振幅係数ａ_１を、並列信号の第１行目の要素と第２行目の要素の演算に用いる所定の分散係数および振幅係数として検出する。検出部３７は、所定の位置のデータシンボル以外のデータシンボルについては、データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成して、逆演算部３４に送る。

検出部３７は、並列信号、検出した分散係数および振幅係数を逆演算部３４に送る。逆演算部３４は、並列信号の各要素から、検出部３７が検出した要素ごとに定めた分散係数を減算し、さらに検出部３７が検出した振幅係数で除算する。ＦＦＴ部３３、並直列変換部３２、および復調部３１は、実施の形態１と同様に動作を行う。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態２に係る通信機１によれば、受信した送信フレームの所定の位置にあるデータシンボルから生成した並列信号の信号点配置図に基づき、振幅係数および分散係数を検出して、並列信号に所定の演算を加えてサブキャリア変調信号を生成し、復調処理を行うことが可能となる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る通信機１の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る通信機１は、図４に示す実施の形態２に係る通信機１の構成に加え、シフト部１６を備える。実施の形態１、２と異なる動作について以下に説明する。

連続する所定の数の入力信号が、サブキャリア変調信号の各要素の値が同じである同一信号であって、入力信号は互いに同じ所定の同一信号である場合に、ＩＦＦＴ部１３は、該入力信号に基づくサブキャリア変調信号から生成した複数の第１データをシフト部１６に送る。所定の数とは、受信側においてサブデータごとに定めた振幅係数および分散係数の検出が可能となるように、サブデータの数およびサブデータごとに定めた振幅係数および分散係数に基づき予め定められた数である。サブデータごとに定めた振幅係数および分散係数の組み合わせがサブデータごとに異なる場合には、所定の数はサブデータの個数に一致する。所定の同一信号とは、例えば入力信号の先頭の１２８ビットの同一信号のように、受信側で復調処理を行うために用いるように予め定められた信号である。シフト部１６は、第１データにおいて振幅が最大である要素が所定のサブデータの所定の要素に位置し、振幅が最大である要素の位置が、第１データごとに異なるように、第１データのデータのシフトを行う。

例えば、ＦＦＴサイズが１６であって、サブデータの個数が４であり、サブデータごとに定めた振幅係数および分散係数が異なる場合は、以下のように各部が処理を行う。変調部１１は、それぞれが３２ビットである４つの入力信号をＱＰＳＫを用いて変調して変調信号を生成する。直並列変換部１２は、該変調信号を直並列変換してサブキャリア変調信号を生成する。ＩＦＦＴ部は該サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行って第１データを生成する。シフト部１６は、該第１データを例えば、それぞれ０回、４回、８回、１２回だけ下方向にシフトをして、データのシフトを行った第１データを演算部１４に送る。

演算部１４は、データのシフトを行った第１データについて、実施の形態１、２と同様の演算を施し、データのシフトを行った第１データに基づくデータシンボルを送信部１５に送る。送信部１５は、該データシンボルを例えばプリアンブルの直後の位置などの所定の位置に含む送信フレームを送信する。なお後続の入力信号については、実施の形態１、２と同様の処理を行う。

検出部３７は、所定の位置にある複数のデータシンボルから生成したそれぞれの並列信号の各要素に対応する複素平面上の点の内、該並列信号ごとに位置が異なる点とその点に対応づけられた該並列信号によらず位置が同じ点との距離を、該並列信号によらず位置が同じ点に対応する該並列信号の要素が含まれるサブデータごとに定めた振幅係数として検出する。また該並列信号によらず位置が同じ点と複素平面の原点との差を表す複素数を該並列信号によらず位置が同じ点に対応する該並列信号の要素が含まれるサブデータごとに定めた分散係数として検出する。該並列信号ごとに位置が異なる点に対応する該並列信号の要素と、その点に対応付けられた該並列信号によらず位置が同じ点に対応する該並列信号の要素とは、同じサブデータに含まれる。図７は、同一信号でシミュレーションした並列信号の信号点配置図である。図中の丸で囲んだ点は、並列信号ごとに位置が異なるが、他の点については位置が変わらない。

図７（ａ）、（ｂ）は、送信側でサブデータの個数を１２８個とし、全サブデータにおいて振幅係数を１．５とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値を０．０８として、ある同一信号に基づく第１データに上述の演算を施した場合の、並列信号の信号点配置図である。図７（ｃ）は、分散係数の振幅値を０．８に変更した場合の、並列信号の信号点配置図である。

検出部３７は、複素平面上の点と複素平面の原点との差を表す複素数を複素平面上の点ごとの分散係数として算出する。また複素平面上の点と並列信号ごとに位置が異なる点との距離を表す実数値を複素平面上の点ごとの振幅係数として算出する。そして、複素平面上のある点に対応する並列信号の各要素は１のサブデータに含まれるものとみなし、複素平面上のある点ごとに算出した分散係数および振幅係数、およびその点に対応する並列信号の要素が含まれるサブデータに基づき、逆演算部３４で用いる並列信号の要素が含まれるサブデータごとに定めた分散係数および振幅係数を検出する。例えば、並列信号の第１行目の要素に対応する複素平面上の点と複素平面の原点との差分がσ_１であり、該複素平面上の点と並列信号ごとに位置が異なる点との距離がａ_１である場合には、σ_１とａ_１をそれぞれ、並列信号の第１行目の要素が含まれるサブデータごとに定めた分散係数および振幅係数として検出する。検出部３７は、所定の位置のデータシンボル以外のデータシンボルについては、データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成して、逆演算部３４に送る。

検出部３７は、並列信号、検出した分散係数および振幅係数を逆演算部３４に送る。逆演算部３４は、並列信号の各要素から、検出部３７が検出した該要素が含まれるサブデータごとに定めた分散係数を減算し、さらに検出部３７が検出した該要素が含まれるサブデータごとに定めた振幅係数で除算する。ＦＦＴ部３３、並直列変換部３２、および復調部３１は、実施の形態１と同様に動作を行う。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態３に係る通信機１によれば、受信した送信フレームの所定の位置にある複数のデータシンボルから生成した並列信号の要素に対応する複素平面上の点に基づき、振幅係数および分散係数を検出して、並列信号に所定の演算を加えてサブキャリア変調信号を生成し、復調処理を行うことが可能となる。

（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、従来技術と実施の形態１に係る発明について、データシンボルを生成し、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、従来技術と実施の形態１に係る発明のＰＡＰＲ特性を比較した。従来技術とは、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データシンボルを生成する方法である。実施の形態１においては、サブデータの数を１６とし、各サブデータに含まれる要素の個数を同じとし、全サブデータにおいて振幅係数を同じ値とし、上記（３）式で表される各サブデータの分散係数の振幅値Ａを同じ値とし、振幅係数および分散係数の振幅値を変えてそれぞれシミュレーションを行った。

シミュレーションしたＰＡＰＲの平均値は、従来技術のＰＡＰＲが９．０ｄＢであった。図８は、シミュレーションにおける振幅係数、分散係数、およびＰＡＰＲの関係を示す図である。横軸は分散係数の振幅値、縦軸はＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）である。振幅係数を変えて、分散係数の振幅値とＰＡＰＲの関係をそれぞれグラフで示した。

振幅係数を０．２５とした場合がプロット点を四角で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．５とした場合がプロット点を三角で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．８とした場合がプロット点を丸で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．９とした場合がプロット点を菱形で表した実線のグラフであり、振幅係数を１．２５とした場合がプロット点を四角で表した点線のグラフであり、振幅係数を１．５とした場合がプロット点を三角で表した点線のグラフである。

振幅係数を小さくするほど、ＰＡＰＲが低減され、分散係数の振幅値を大きくするほど、ＰＡＰＲが低減されることがわかる。振幅係数を小さくすることで振幅のばらつきが抑制されるため、ＰＡＰＲが低減される。また分散係数の振幅値を大きくすることで複素平面上の点が中心から円周上に移動し、位相が重ならなくなるため、ＰＡＰＲが低減される。なお各サブデータに含まれる要素の数が同じになるようにしてサブデータの個数を変更したが、サブデータの個数とＰＡＰＲの低減量には一定の関係は見られなかった。

図９は、シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。横軸はＥｂ／Ｎｏ（Energy per Bit to NOise power spectral density ratio：ビットエネルギー対雑音電力密度比）、縦軸はＢＥＲである。Ｅｂ／Ｎｏの単位はｄＢである。分散係数を固定して振幅係数を変えて上述のシミュレーションを行った。

従来技術がプロット点を四角で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．２５とした場合がプロット点を三角で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．５とした場合がプロット点を丸で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．８とした場合がプロット点を菱形で表した実線のグラフであり、振幅係数を０．９とした場合がプロット点を四角で表した点線のグラフであり、振幅係数を１．２５とした場合がプロット点を三角で表した点線のグラフであり、振幅係数を１．５とした場合がプロット点を丸で表した点線のグラフである。

振幅値を０．２５、０．５、０．８、０．９とした場合は、それぞれ従来技術と比べてＢＥＲが劣化していることがわかる。一方、振幅係数を１．２５、１．５とした場合は、それぞれ従来技術と比べてＢＥＲが向上していることがわかる。

図１０は、シミュレーションにおける第１データの要素の振幅の変化を示す図である。横軸は要素、縦軸は実部の振幅値を示している。図１０（ａ）は、振幅係数を０．２５とし、上記（３）式で表される分散係数の振幅値を０．１としてあるランダム信号について上述のシミュレーションを行った場合の第１データの要素の振幅値を示している。図１０（ｂ）は、振幅係数を１．５に変えて同様のシミュレーションを行った場合の第１データの要素の振幅値を示している。

振幅係数を小さくすると、データが雑音に埋もれてしまうため、Ｓ／Ｎ比（Signal-to-Noise Ratio：信号対雑音比）が小さくなり、ＢＥＲが劣化する。一方、振幅係数を大きくすると、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、ＢＥＲが向上する。分散係数およびサブデータの数を変化させても、ＢＥＲの変化はなかった。なおＢＥＲは、送信電力を上げることで、向上することが可能である。

上述のシミュレーションにより、本実施の形態においては、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行って生成した第１データの各要素に所定の振幅係数および所定の分散係数を用いて所定の演算を加えることでＰＡＰＲを低減し、また振幅係数および分散係数を変更することで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。

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。

ＩＦＦＴ部１３は、ＩＦＦＴの代わりにＩＤＦＴを行うよう構成してもよいし、ＦＦＴ部３３は、ＦＦＴの代わりにＤＦＴを行うよう構成してもよい。

１ 通信機
１０ アンテナ
１１ 変調部
１２ 直並列変換部
１３ ＩＦＦＴ部
１４ 演算部
１５ 送信部
１６ シフト部
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 ＦＦＴ部
３４ 逆演算部
３５ 受信部
３６ 送受信切替部
３７ 検出部

Claims (11)

1. 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、
   前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って第１データを生成するＩＦＦＴ手段と、
   前記第１データの各要素に、前記要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの前記振幅係数は１以外の値である前記振幅係数を乗算し、さらに前記要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれか１つの前記分散係数は０以外の値である前記分散係数を加算する演算手段と、
   前記演算手段の演算結果に基づきデータシンボルを生成する合成手段と、
   前記データシンボルを含む送信フレームを送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする通信機。
2. 前記第１データは、前記第１データにおいて上下に連続して位置する所定の数の前記要素を含む、複数のサブデータを含み、
   前記演算手段は、任意の前記サブデータについて、該サブデータに含まれる前記要素にそれぞれ、同じ前記振幅係数を乗算し、さらに同じ前記分散係数を加算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信機。
3. 任意の前記サブデータに含まれる前記要素の数は同じであり、前記分散係数は、所定の振幅値をもつ正弦波であって、該正弦波の位相は、該正弦波の１周期を前記サブデータの個数で除算して前記サブデータを示す番号を乗じた値であることを特徴とする請求項２に記載の通信機。
4. 連続する所定の数の前記入力信号が、前記サブキャリア変調信号の各要素の値が同じである同一信号であって、前記入力信号は互いに同じ所定の前記同一信号である場合に、連続する前記入力信号に基づく複数の前記第１データについて、前記第１データにおいて振幅が最大である要素が所定の前記サブデータの所定の要素に位置し、前記振幅が最大である要素の位置は、前記第１データごとに異なるように、前記第１データのデータのシフトを行うシフト手段をさらに備え、
   前記演算手段は、前記シフト手段でシフトを行った前記第１データの各要素について、前記サブデータに含まれる前記要素にそれぞれ、同じ前記振幅係数を乗算し、さらに同じ前記分散係数を加算し、
   前記合成手段は、前記演算手段の演算結果に基づきデータシンボルを生成し、
   前記送信手段は、該データシンボルを所定の位置に含む前記送信フレームを送信する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の通信機。
5. 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、
   データシンボルを含む送信フレームを受信する受信手段と、
   前記データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する直並列手段と、
   前記並列信号の各要素から、前記要素ごとに定めた複素数である所定の分散係数を減算し、さらに前記要素ごとに定めた実数である所定の振幅係数で除算する逆演算手段と、
   前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ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。
6. 前記並列信号は、前記並列信号において上下に連続して位置する所定の数の前記要素を含む、複数のサブデータを含み、
   前記逆演算手段は、任意の前記サブデータについて、該サブデータに含まれる前記要素からそれぞれ、同じ前記分散係数を減算し、さらに同じ前記振幅係数で除算する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信機。
7. 任意の前記サブデータに含まれる前記要素の数は同じであり、前記分散係数は、所定の振幅値をもつ正弦波であって、該正弦波の位相は、該正弦波の１周期を前記サブデータの個数で除算して前記サブデータを示す番号を乗じた値であることを特徴とする請求項６に記載の通信機。
8. 前記送信フレーム内の所定の位置にある前記データシンボルから生成した前記並列信号の信号点配置図に基づき、予め定めた信号点配置図の中から該並列信号の前記信号点配置図に一致するとみなした前記信号点配置図を選択し、選択した該信号点配置図の点ごとに定めた振幅係数および分散係数、および該信号点配置図の点に対応する該並列信号の要素の該並列信号における位置に基づき、前記並列信号の前記要素ごとに定めた前記振幅係数および前記分散係数を検出する信号点配置図検出手段をさらに備え、
   前記逆演算手段は、前記並列信号の各要素から、前記信号点配置図検出手段が検出した前記要素ごとに定めた前記分散係数を減算し、さらに前記信号点配置図検出手段が検出した前記要素ごとに定めた前記振幅係数で除算する、
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の通信機。
9. 前記受信手段は、前記サブキャリア変調信号の各要素の値が同じである同一信号の逆高速フーリエ変換を行って生成した第１データを互いに異なる所定の回数だけシフトし、所定の演算を施して生成された複数の前記データシンボルを所定の位置に含む前記送信フレームを受信し、
   前記所定の位置にある該複数のデータシンボルから生成されたそれぞれの前記並列信号の各要素に対応する複素平面上の点の内、該並列信号ごとに位置が異なる点とその点に対応づけられた該並列信号によらず位置が同じ点との距離から、該並列信号によらず位置が同じ点ごとに算出した振幅係数、該並列信号によらず位置が同じ点と前記複素平面の原点との差を表す複素数から、該並列信号によらず位置が同じ点ごとに算出した分散係数、および該並列信号によらず位置が同じ点に対応する該並列信号の要素が含まれる前記サブデータに基づき、前記並列信号の前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記振幅係数および前記分散係数を検出する検出手段をさらに備え、
   前記逆演算手段は、前記並列信号の各要素から、前記検出手段が検出した前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記分散係数を減算し、さらに前記検出手段が検出した前記要素が含まれる前記サブデータごとに定めた前記振幅係数で除算する、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の通信機。
10. 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、
    前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って第１データを生成するＩＦＦＴステップと、
    前記第１データの各要素に、前記要素ごとに定めた０以外の実数である振幅係数であって、少なくともいずれか１つの前記振幅係数は１以外の値である前記振幅係数を乗算し、さらに前記要素ごとに定めた複素数である分散係数であって、少なくともいずれか１つの前記分散係数は０以外の値である前記分散係数を加算する演算ステップと、
    前記演算ステップの演算結果に基づきデータシンボルを生成する合成ステップと、
    前記データシンボルを含む送信フレームを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。
11. 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、
    データシンボルを含む送信フレームを受信する受信ステップと、
    前記データシンボルを直並列変換し、並列信号を生成する直並列ステップと、
    前記並列信号の各要素から、前記要素ごとに定めた複素数である所定の分散係数を減算し、さらに前記要素ごとに定めた実数である所定の振幅係数で除算する逆演算ステップと、
    前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ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。

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