JP2023015781A - 無線通信システム、及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムであって、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することが可能な無線通信システムを提案する。【解決手段】本開示に係る無線通信システムの送信機は、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出し、ベース信号点及びオフセット信号点に応じたベース変調波及びオフセット変調波を生成する。その後、所定の電力まで増幅させ、増幅したベース変調波とオフセット変調波を合成した伝送変調波により電波を送出する。そして、受信機において、受信した電波に係る受信信号をスケール情報に基づいてスケール調整した後、受信信号の復調を行う。【選択図】図６

Description

本開示は、電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システム、及び無線通信方法に関する。

非特許文献１には、シングルキャリア周波数分割多元接続（SC-FDMA；Single carrier frequency division multiple access）変調方式にピーク電力低減手法であるトレリスシェイピング（ＴＳ；Trellis shaping）技術を適用することが可能な新たな変調方式が提案されている。

李泰雨, 落合秀樹, "トレリスシェイピングを用いたSC-FDMA信号のピーク電力低減に関する検討",信学技報 pp.29-34, WBS-2012-6(2012-05)

無線通信に係る送信機において、増幅器に入力する変調波のピーク電力が増幅器の直線特性を超えて大きくなると、増幅器の出力に非線形歪みが発生し送信電波の品質が劣化する。このため、増幅器に入力する変調波は、このような非線形歪みが発生しないように入力電力のバックオフが行われる。従って、増幅器に入力する変調波のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ；Peak to average power ratio）を抑制することにより、バックオフを小さくすることができる。延いては、平均送信出力の増加や消費電力の低減といった効果がある。

シングルキャリア伝送により無線通信を行うことで、マルチキャリア伝送（例えば、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal frequency-division multiple access））により無線通信を行う場合と比較して、変調波のＰＡＰＲを抑制することができる。しかしながら、シングルキャリア伝送による無線通信を行う場合でも、変調波の変調次数が増加するに従ってＰＡＰＲが大きくなるという課題がある。

本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することが可能な無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の開示は、直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムに関する。この無線通信システムの送信機は、信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における伝送信号点の位置を規定する信号空間ダイアグラム及び分割に係る分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出部と、ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成部と、ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅部と、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成部と、オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅部と、ベース変調波増幅部により増幅したベース変調波とオフセット変調波増幅部により増幅したオフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る合成部と、伝送変調波により電波を送出する送信アンテナと、を備えている。またこの無線通信システムの受信機は、電波を受信する受信アンテナと、信号範囲のスケールを示すスケール情報に基づいて受信した電波に係る受信信号のスケールを調整して復調を行う復調部と、を備えている。ここで、伝送信号点は、伝送するデータに対応する信号点であり、信号範囲は、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲である。

第２の開示は、第１の開示に係る無線通信システムに対して、さらに以下の特徴を含む無線通信システムに関する。
スケール情報は、データの伝送を行う前に送信機から受信機に送信される。

第３の開示は、第１又は第２の開示に係る無線通信システムに対して、さらに以下の特徴を含む無線通信システムに関する。
スケール情報は、信号範囲に含まれる信号点の位置と、その信号点に対するベース信号点及び前記オフセット信号点の位置の系列である。

第４の開示は、直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信方法に関する。この無線通信方法は、信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における伝送信号点の位置を規定するベース信号空間ダイアグラム及び分割に係る分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出処理と、ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成処理と、ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅処理と、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成処理と、オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅処理と、ベース変調波増幅処理により増幅したベース変調波とオフセット変調波増幅処理により増幅したオフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る合成処理と、伝送変調波により電波を送出する送信処理と、電波を受信する受信処理と、信号範囲のスケールを示すスケール情報に基づいて受信した電波に係る受信信号のスケールを調整して復調を行う復調処理と、を含んでいる。ここで、伝送信号点は、伝送するデータに対応する信号点であり、信号範囲は、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲である。

第５の開示は、第４の開示に係る無線通信方法に対して、さらに以下の特徴を含む無線通信方法に関する。
スケール情報は、データの伝送を行う前に送信機から受信機に送信される。

第６の開示は、第４又は第５の開示に係る無線通信方法に対して、さらに以下の特徴を含む無線通信方法に関する。
スケール情報は、信号範囲に含まれる信号点の位置と、その信号点に対するベース信号点及び前記オフセット信号点の位置の系列である。

本開示に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数を、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくすることができる。これにより、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波（ベース変調波及びオフセット変調波）のＰＡＰＲを抑制することができる。

ＱＡＭの信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。 ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。 伝送信号点に応じて算出するベース信号点及びオフセット信号点について説明するための概念図である。 図２に示す伝送信号点に応じて算出されるベース信号点及びオフセット信号点を例として、ベース信号点とオフセット信号点の和の定数倍により伝送信号点が与えられることを示す概念図である。 ２つのオフセット信号空間ダイアグラムが与えられる場合の例を示す概念図である。 本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る無線通信方法において実行する処理を示すフローチャートである。 図７に示すステップＳ１１０において実行する処理を示すフローチャートである。 図７に示すステップＳ１２０において実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲などの数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数が特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構成等は、特に明示した場合や原理的に明らかにそれに特定される場合を除いて、本開示に係る思想に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を附しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

１．導入
本開示に係る無線通信システムは、直角位相振幅変調（ＱＡＭ；Quadrature amplitude modulation）に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システム（以下、このような無線通信システムを単に「無線通信システム」と称する。）に適用される。

ＱＡＭは、公知であるように、伝送するデータに応じて位相が直交する関係にある２つの搬送波それぞれの振幅を変調し、その合成を変調波とする変調方式である。

ＱＡＭにおいて、伝送するデータと２つの搬送波それぞれの変調との関係は、一般に信号空間ダイアグラムにより与えられる。また、信号空間ダイアグラムに従って、データに応じた２つの搬送波それぞれの変調が行われる。

図１に、ＱＡＭの信号空間ダイアグラムの例を示す。信号空間ダイアグラムは、１つの搬送波の振幅を示す同相軸（Ｉ軸）と、もう一方の搬送波の振幅を示す直交位相軸（Ｑ軸）と、データに対応した複数の信号点と、により構成される。図１に示す信号空間ダイアグラムでは、１６個の信号点を含んでおり、それぞれの信号点には４ｂｉｔのデータが対応している。つまり、図１は、１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムを示しており、図１に示す信号空間ダイアグラムに従う場合、変調波は、１シンボル当たり４ｂｉｔのデータを示すことができる。例えば、０１１０のデータは、Ｉ軸に対応する搬送波の振幅をａ、Ｑ軸に対応する搬送波の振幅をｂとするように変調した変調波により示される。

ＱＡＭに基づいてシングルキャリア伝送を行う場合、変調次数（１シンボル当たりのビット数）の大きい変調方式を採用するほど、変調波のＰＡＰＲが大きくなることが知られている。また、変調次数を増加させるほど、所要の信号雑音比（ＳＮＲ；Signal-noise ratio）が大きくなることが知られている。表１に、変調方式（及び変調方式の変調次数）に対する変調波のＰＡＰＲ及び所要ＳＮＲの程度の比較を示す。

ここで、変調波のＰＡＰＲ及び所要ＳＮＲの程度（最小～最大）は、表１に示す５つの変調方式の間での比較関係を示している。また、ＱＰＳＫは、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ；Quadrature phase-shift keying）を示す。ＱＰＳＫは、４ＱＡＭとして実装することもできる。

表１に示すように、変調次数の小さい変調波は、ＰＡＰＲが小さくなる。ＰＡＰＲを抑制することができれば、バックオフを小さくすることができる。延いては、平均送出電力の増加や消費電力の低減を行うことができる。また、変調次数の小さい変調波は、所要ＳＮＲが小さく、ＳＮＲを改善することができる。しかしながら、変調次数の小さい変調波による送信電波で無線通信を行えば、当然にデータの伝送速度が低下してしまう。

本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制する。以下、本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法について説明する。

２．無線通信システム
２－１．概要
まず、本実施形態に係る無線通信システムについて説明する。本実施形態に係る無線通信システムでは、まず伝送するデータに対応する信号点（以下、「伝送信号点」とも称する。）に応じて、ベース信号空間ダイアグラムに係る信号点（以下、「ベース信号点」とも称する。）、及びオフセット信号空間ダイアグラムに係る信号点（以下、「オフセット信号点」とも称する。）を算出する。ここで、ベース信号空間ダイアグラムは、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラム（以下、「伝送信号空間ダイアグラム」とも称する。）に係る信号点の範囲（以下、「信号範囲」とも称する。）を等分割する所定の分割に対して、分割部分における伝送信号点の位置を規定する信号空間ダイアグラムである。また、オフセット信号空間ダイアグラムは、分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定する信号空間ダイアグラムである。

図２は、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。図２の上部は、伝送信号空間ダイアグラムを示し、図２の下部は、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲１の分割に応じたベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを示している。なお、図２は、６４ＱＡＭに基づいてデータを伝送する場合を示しており、伝送信号空間ダイアグラムは６４個の信号点により構成されている。

図２において、信号範囲１は、６４個の信号点を囲む正方形の範囲（点線で囲む範囲）である。そして、信号範囲１の分割は、図２に示すように、正方形の範囲を４等分するように与えるものとする（１点鎖線）。従って、それぞれの分割部分には、１６個の信号点が含まれることとなる。

このとき、ベース信号空間ダイアグラムは、図２に示すように、１６個の信号点により構成される。ここで、ベース信号空間ダイアグラムを構成する１６個の信号点それぞれは、分割部分に含まれる１６個の信号点それぞれに対応し、分割部分における伝送信号点の位置を規定している。

また、オフセット信号空間ダイアグラムは、図２に示すように、４個の信号点により構成される。ここで、オフセット信号空間ダイアグラムを構成する４個の信号点それぞれは、４等分された分割部分それぞれに対応し、ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定している。

なお、ベース信号空間ダイアグラムとオフセット信号空間ダイアグラムの和は、伝送信号空間ダイアグラムの相似形となる。つまり、ベース信号空間ダイアグラムとオフセット信号空間ダイアグラムの和に係る信号範囲は、伝送信号空間ダイアグラムの信号範囲と互いに相似の関係となる。

ベース信号空間ダイアグラムは、従来のＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムにより実現することができる。例えば、図２に示すベース信号空間ダイアグラムは、１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムであって良い。

また、オフセット信号空間ダイアグラムは、従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムにより実現されていても良い。例えば、図２に示すオフセット信号空間ダイアグラムは、４ＰＳＫ（又は４ＱＡＭ）に係る信号空間ダイアグラムであって良い。オフセット信号空間ダイアグラムは、形式的には、位相偏移変調に係る信号空間ダイアグラムにより実現することができる。ただし、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲の分割を適当に与えることにより、その他の従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムによりオフセット信号空間ダイアグラムを実現しても良い。例えば、図２に示す信号範囲１を１６等分するように分割を与えるとき、オフセット信号空間ダイアグラムを１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムにより実現しても良い。

なお、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲の分割、ベース信号空間ダイアグラム、及びオフセット信号空間ダイアグラムは、従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムに依らずに適当に与えられていても良い。

このように、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを構成することで、伝送信号点と一対一に対応するベース信号点とオフセット信号点の組み合わせを与えることができる。図３は、伝送信号点２に応じて算出するベース信号点３及びオフセット信号点４について説明するための概念図である。図３には、３つの伝送信号点２ａ、２ｂ、及び２ｃそれぞれに応じて算出するベース信号点３ａ、３ｂ、及び３ｃと、オフセット信号点４ａ、４ｂ、及び４ｃを示している（黒丸）。ここで、図３に示す伝送信号空間ダイアグラム、ベース信号空間ダイアグラム、及びオフセット信号空間ダイアグラムは、図２に示すものと同等である。なお、それぞれの信号空間ダイアグラムにおける信号点の位置は、点線で囲む白丸で示している。

伝送信号点２ａは、信号範囲１の右上の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ａは、１６個の信号点のうちの内側４個の信号点の右上に位置している。このとき、ベース信号点３ａは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ａの位置と対応し、内側４個の信号点の右上の位置となる。そして、オフセット信号点４ａは、伝送信号点２ａが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の右上の位置となる。

伝送信号点２ｂは、信号範囲１の左下の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ｂは、１６個の信号点のうちの外側１２個の信号点の左上に位置している。このとき、ベース信号点３ｂは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ｂの位置と対応し、外側１２個の信号点の左上の位置となる。そして、オフセット信号点４ｂは、伝送信号点２ｂが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の左下の位置となる。

伝送信号点２ｃは、信号範囲１の右下の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ｃは、１６個の信号点のうちの外側１２個の信号点の右下に位置している。このとき、ベース信号点３ｃは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ｃの位置と対応し、外側１２個の信号点の右下の位置となる。そして、オフセット信号点４ｃは、伝送信号点２ｃが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の右下の位置となる。

このように、伝送信号点２に応じて、ベース信号点３及びオフセット信号点４を算出する。前述したように、ベース信号空間ダイアグラムとオフセット信号空間ダイアグラムの和は、伝送信号空間ダイアグラムの相似形となるから、伝送信号点２は、算出したベース信号点３とオフセット信号点４の和の定数倍により与えられる。つまり、伝送信号点２に係る位置ベクトルをｓ、算出したベース信号点３に係る位置ベクトルをａ、算出したオフセット信号点４に係る位置ベクトルをｂとするとき、以下の式（１）が成り立つ。ここで、Ｗは、定数倍を与える定数である。

図４に、図２に示す伝送信号点２ｂに応じて算出されるベース信号点３ｂ及びオフセット信号点４ｂを例として、ベース信号点３ｂとオフセット信号点４ｂの和（図４中の５ｂ）の定数倍により伝送信号点２ｂが与えられることを概念的に示す。なお、図４中の６は、ベース信号空間ダイアグラムとオフセット信号空間ダイアグラムの和に係る信号範囲を示している。

Ｗは、信号範囲１と信号範囲６との間のスケールの補正を与え、信号範囲１のスケールを示している。また、信号範囲１及び信号範囲６において少なくとも四隅（Ｉ軸とＱ軸の振幅の和が最大となる位置）が信号点となることを鑑みれば、Ｗは、信号範囲１の四隅の信号点の位置と、その信号点に対応するベース信号点３及びオフセット信号点４の位置の系列から算出することができる。例えば、信号範囲１の四隅の１つの信号点の位置が（ｓ１，ｓ２）であり、その信号点に対応するベース信号点３の位置が（ａ１，ａ２）、オフセット信号点４の位置が（ｂ１，ｂ２）のとき、Ｗは、以下の式（２）により算出することができる。

なお、オフセット信号空間ダイアグラムは、複数与えられていても良い。この場合、伝送信号点２に応じて、それぞれのオフセット信号空間ダイアグラムに係る複数のオフセット信号点４が算出される。そして、伝送信号点２に係る位置ベクトルをｓ、算出したベース信号点３に係る位置ベクトルをａ、算出した複数のオフセット信号点４に係る位置ベクトルをそれぞれｂｉ（i＝１，２，・・・，Ｎ）とするとき、以下の式（３）が成り立つ。ここで、Ｎは、与えるオフセット信号空間ダイアグラムの数である。

図５に、２つのオフセット信号空間ダイアグラム（第１信号空間ダイアグラム及び第２信号空間ダイアグラム）が与えられる場合の例を概念的に示す。図５においては、伝送信号点２に応じて、ベース信号点３、第１オフセット信号点４ｓ、及び第２オフセット信号点４ｔが算出されている。図５は、例えば、図２に示す信号範囲１を１６等分するように分割する場合である。

以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システムでは、伝送信号点に応じてベース信号点及びオフセット信号点が算出される。次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、算出したベース信号点に応じた変調波（以下、「ベース変調波」とも称する。）及び算出したオフセット信号点に応じた変調波（以下、「オフセット変調波」とも称する。）を生成する。

ベース信号点及びオフセット信号点それぞれに応じた変調波の生成は、好適な公知技術を採用して良い。例えば、図２で説明したようにベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを与える場合、ベース信号点に応じた変調波の生成は、従来の１６ＱＡＭに係る変調器により実現し、オフセット信号点に応じた変調波の生成は、従来のＱＰＳＫに係る変調器により実現して良い。

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波及びオフセット変調波を増幅器に入力し所定の電力まで増幅させる。その後、ベース変調波及びオフセット変調波を合成する。

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波とオフセット変調波を合成した変調波（以下、「伝送変調波」とも称する。）により電波を送出する。

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、受信機において、電波を受信し受信信号を得る。

そして、本実施形態に係る無線通信システムでは、スケール情報に基づいて受信信号のスケールを調整した後、受信信号の復調を行い、受信信号が示すデータを得る。

ここで、スケール情報は、式（１）（又は式（３））において説明した定数Ｗであって良い。あるいは、信号範囲１に含まれる信号点の位置と、その信号点に対応するベース信号点３及びオフセット信号点４の位置の系列である。この場合、系列は、式（２）に示すようにスケールを算出することができるように与えられる。特に、式（２）において説明したように、信号範囲１に含まれる信号点を、信号範囲１の四隅の信号点とすることができる。

また、スケール情報は受信機にあらかじめ与えられていても良いし、送信機がデータの伝送を行う前に、スケール情報を受信機に送信するように構成しても良い。これにより、伝送するデータに応じてスケール情報を適当に与えることができる。

なお、スケール調整した受信信号が示す信号点は、式（１）（又は式（３））で示すように、伝送信号点となる。従って、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、変調次数は、伝送信号点に係る変調次数となる。

ところで、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの与え方から、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数は、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくなる。つまり、ベース変調波及びオフセット変調波のＰＡＰＲは、伝送信号点に応じて生成する変調波のＰＡＰＲよりも小さい。そして、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波及びオフセット変調波を増幅器に入力する。すなわち、本実施形態に係る無線通信システムでは、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することができる。

２－２．構成例
以下、本実施形態に係る無線通信システムの構成例について説明する。図６は、本実施形態に係る無線通信システム１０の構成例を示すブロック図である。図６の上部には、送信機１００の構成例を示し、図６の下部には、受信機２００の構成例を示している。図６に示す無線通信システム１０は、電波により送信機１００から受信機２００にデータを伝送する。ここで、図６に示す無線通信システム１０は、２５６ＱＡＭに基づいてデータを伝送する場合の構成例を示している。つまり、１シンボル当たり８ビットのデータを伝送する。

また、図６に示す無線通信システム１０では、ベース信号空間ダイアグラムを、６４ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムで与え、オフセット信号空間ダイアグラムを、ＱＰＳＫに係る信号空間ダイアグラムで与えているとする。

送信機１００は、情報処理装置１１０と、変調器１２０ａ及び１２０ｂと、増幅器１４０ａ及び１４０ｂと、加算器１５０と、送信アンテナ１６０と、を備えている。

情報処理装置１１０（信号点算出部）は、伝送するデータに対応する信号点（伝送信号点）に応じて、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。算出したベース信号点及びオフセット信号点は、それぞれ変調器１２０ａ及び１２０ｂに伝達される。情報処理装置１１０は、典型的には、送信機１００に組み込まれたマイクロコントローラである。この場合、情報処理装置１１０は、メモリに記憶するプログラムをプロセッサが実行することにより、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。プログラムは、例えば、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送するデータ（８ビット毎）とベース信号点及びオフセット信号点との対応を与える処理を記述する。

変調器１２０ａ（ベース変調波生成部）は、情報処理装置１１０から伝達されるベース信号点に応じたベース変調波を生成する。変調器１２０ａは、従来の６４ＱＡＭに係る変調器によって実現されていて良い。

変調器１２０ｂ（オフセット変調波生成部）は、情報処理装置１１０から伝達されるオフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。変調器１２０ｂは、従来のＱＰＳＫに係る変調器によって実現されていて良い。

増幅器１４０ａ（ベース変調波増幅部）は、ベース変調波を所定の電力まで増幅させる。

増幅器１４０ｂ（オフセット変調波増幅部）は、オフセット変調波を所定の電力まで増幅させる。

ここで、増幅器１４０ａ及び１４０ｂは、公知の増幅器により実現されていて良い。

加算器１５０（合成部）は、増幅器１４０ａ及び増幅器１４０ｂにより増幅したベース変調波とオフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る。加算器１５０は、一般的な電子回路により実現されていて良い。

送信アンテナ１６０は、伝送変調波により電波を送出する。送信アンテナ１６０は、無線通信システム１０を適用する環境に応じて好適なアンテナを採用して良い。例えば、アレーアンテナ、ダイポールアンテナ等が例示される。

受信機２００は、受信アンテナ２６０と、復調器２２０と、を備えている。

受信アンテナ２６０は、送信アンテナ１６０から送出された電波を受信し、受信信号を得る。受信アンテナ２６０は、無線通信システム１０を適用する環境に応じて好適なアンテナを採用して良い。受信アンテナ２６０により得られた受信信号は、復調器２２０に伝達される。

復調器２２０（復調部）は、スケール情報に基づいて受信信号のスケールを調整した後、受信信号の復調を行い、受信信号が示すデータを得る。ここで、スケール調整した受信信号が示す信号点は伝送信号点となる。つまり、図６に示す無線通信システム１０において、変調次数は２５６ＱＡＭと同等となる。

なお、スケール情報は、復調器２２０にあらかじめ与えられていても良いし、受信機２００に備えるメモリ等の装置にあらかじめ与えられ、復調器２２０がそれらの装置からスケール情報を読みだしても良い。あるいは、送信機１００がデータの伝送を行う前にスケール情報を送信し、受信機２００がスケール情報を受信するように構成しても良い。スケール情報は、例えば、式（１）（又は式（３））において説明した定数Ｗである。あるいは、信号範囲１に含まれる信号点の位置と、その信号点に対応するベース信号点３及びオフセット信号点４の位置の系列である。この場合、系列は、式（２）に示すようにスケールを算出することができるように与えられる。特に、式（２）において説明したように、信号範囲１に含まれる信号点を、信号範囲１の四隅の信号点とすることができる。

また、スケール調整をした後の受信信号の復調処理については、従来の２５６ＱＡＭに係る復調処理を適用して良い。

３．無線通信方法
次に、本実施形態に係る無線通信方法について説明する。ただし、以下の説明において、前述した内容と重複する事項については適宜省略している。

図７は、本実施形態に係る無線通信方法において実行する処理を示すフローチャートである。図７に示す処理は、伝送するデータが与えられ、無線通信を行うときに開始する。

ステップＳ１００（信号点算出処理）では、伝送するデータに対応する信号点（伝送信号点）に応じて、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。ステップＳ１００の後、処理はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で算出したベース信号点に応じたベース変調波を生成する。また、生成したベース変調波を加工する。

図８に、ステップＳ１１０において実行する処理を示す。

ステップＳ１１１（ベース変調波生成処理）では、ベース信号点に応じたベース変調波を生成する。ステップＳ１１１の後、処理はステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３（ベース変調波増幅処理）では、ベース変調波を所定の電力まで増幅させる。ステップＳ１１３の後、ステップＳ１１０において実行する処理は終了する。

再度図７を参照する。ステップＳ１１０の後、処理はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で算出したオフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。また、生成したオフセット変調波を加工する。

図９に、ステップＳ１２０において実行する処理を示す。

ステップＳ１２１（オフセット変調波生成処理）では、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。ステップＳ１２１の後、処理はステップＳ１２３に進む。

ステップＳ１２３（オフセット変調波増幅処理）では、オフセット変調波を所定の電力まで増幅させる。ステップＳ１２３の後、ステップＳ１２０において実行する処理を終了する。

再度図７を参照する。ステップＳ１２０の後、処理はステップＳ１３０に進む。

なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０の処理の順序は逆であっても良い。つまり、ステップＳ１２０の後、ステップＳ１１０が実行されても良い。あるいは、ステップＳ１１０とステップＳ１２０の処理は並列に実行されても良い。

ステップＳ１３０（合成処理）では、ステップＳ１１３及びステップＳ１２３により増幅したベース変調波とオフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る。ステップＳ１３０の後、処理はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０（送信処理）では、伝送変調波に応じた電波を送出する。ステップＳ１４０の後、処理はステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０（受信処理）では、ステップＳ１４０において送出された電波を受信し、受信信号を得る。ステップＳ１５０の後、処理はステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０（復調処理）では、ステップＳ１５０において得られた受信信号に対して、スケール情報に基づいてスケール調整を行う。その後、スケール調整した受信信号の復調を行い、受信信号が示すデータを得る。これにより、無線通信によるデータの伝送が完了する。ステップＳ１６０の後、処理は終了する。

ここで、スケール調整した受信信号が示す信号点は伝送信号点となる。スケール情報は、例えば、式（１）（又は式（３））において説明した定数Ｗである。あるいは、信号範囲１に含まれる信号点の位置と、その信号点に対応するベース信号点３及びオフセット信号点４の位置の系列である。この場合、系列は、式（２）に示すようにスケールを算出することができるように与えられる。特に、式（２）において説明したように、信号範囲１に含まれる信号点を、信号範囲１の四隅の信号点とすることができる。

また、スケール情報は受信機にあらかじめ与えられていても良いし、送信機がデータの伝送を行う前に、スケール情報を受信機に送信しても良い。これにより、伝送するデータに応じてスケール情報を適当に与えることができる。

図７に示す無線通信方法は、図６に示す無線通信システム１０と同等の構成により実現することができる。ただし、その他の構成により実現されていても良い。

４．効果
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１０及び無線通信方法によれば、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数を、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくすることができる。これにより、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波（ベース変調波及びオフセット変調波）のＰＡＰＲを抑制することができる。延いては、バックオフを小さくすることができ、平均送信出力の増加や消費電力の低減を行うことができる。

また、増幅器に入力する変調波の変調次数が小さくなることにより、所要ＳＮＲを小さくすることができ、ＳＮＲを改善することができる。

なお、本開示に係る無線通信システム１０及び無線通信方法は、送信アンテナ１６０又は受信アンテナ２６０を複数備えることで、ＭＩＭＯ（Multiple-input and multiple-output）技術に適用することができる。この場合においても、同様の効果を奏することができる。

１ 信号範囲
２ 伝送信号点
３ ベース信号点
４ オフセット信号点
１０ 無線通信システム
１００ 送信機
１１０ 情報処理装置（信号算出部）
１２０ａ 変調器（ベース変調波生成部）
１２０ｂ 変調器（オフセット変調波生成部）
１４０ａ 増幅器（ベース変調波増幅部）
１４０ｂ 増幅器（オフセット変調波増幅部）
１５０ 加算器（合成部）
１６０ 送信アンテナ
２００ 受信機
２２０ 復調器（復調部）
２６０ 受信アンテナ

Claims (6)

1. 直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムであって、
   伝送信号点は、伝送する前記データに対応する信号点であり、
   信号範囲は、前記伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲であり、
   前記送信機は、
   前記信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における前記伝送信号点の位置を規定するベース信号空間ダイアグラム及び前記分割に係る前記分割部分の位置に応じた前記ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、前記伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出部と、
   前記ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成部と、
   前記ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅部と、
   前記オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成部と、
   前記オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅部と、
   前記ベース変調波増幅部により増幅した前記ベース変調波と前記オフセット変調波増幅部により増幅した前記オフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る合成部と、
   前記伝送変調波により前記電波を送出する送信アンテナと、
   を備え、
   前記受信機は、
   前記電波を受信する受信アンテナと、
   前記信号範囲のスケールを示すスケール情報に基づいて前記電波に係る受信信号のスケールを調整して復調を行う復調部と、
   を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記スケール情報は、前記データの伝送を行う前に前記送信機から前記受信機に送信される
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の無線通信システムであって、
   前記スケール情報は、前記信号範囲に含まれる信号点の位置と、その信号点に対する前記ベース信号点及び前記オフセット信号点の位置の系列である
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信方法であって、
   伝送信号点は、伝送する前記データに対応する信号点であり、
   信号範囲は、前記伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲であり、
   前記信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における前記伝送信号点の位置を規定するベース信号空間ダイアグラム及び前記分割に係る前記分割部分の位置に応じた前記ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、前記伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出処理と、
   前記ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成処理と、
   前記ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅処理と、
   前記オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成処理と、
   前記オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅処理と、
   前記ベース変調波増幅処理により増幅した前記ベース変調波と前記オフセット変調波増幅処理により増幅した前記オフセット変調波を合成し、伝送変調波を得る合成処理と、
   前記伝送変調波により前記電波を送出する送信処理と、
   前記電波を受信する受信処理と、
   前記信号範囲のスケールを示すスケール情報に基づいて前記電波に係る受信信号のスケールを調整して復調を行う復調処理と、
   を含んでいることを特徴とする無線通信方法。
5. 請求項４に記載の無線通信方法であって、
   前記スケール情報は、前記データの伝送を行う前に前記送信機から前記受信機に送信される
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 請求項４又は５に記載の無線通信方法であって、
   前記スケール情報は、前記信号範囲に含まれる信号点の位置と、その信号点に対する前記ベース信号点及び前記オフセット信号点の位置の系列である
   ことを特徴とする無線通信方法。

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