JP4158852B2 - 多重ｑａｍ復調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルデータの伝送に関する発明である。さらに詳しくは、ＱＡＭ変調の多重化に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタルデータの変調方式として、ＱＡＭ変調方式が知られている。
このＱＡＭ変調方式は、直交する２つのＡＳＫ（振幅変調）波を加え合わせることによって、搬送波の位相と振幅を同時に変化させる変調方式である。このＱＡＭ変調方式では、多値の信号伝送が実現可能である。例えば、同相成分の信号レベルをｎ種類とし、直交成分の信号レベルをｍ種類とすると、双方を組み合わせることにより（ｎ×ｍ）値の信号を一度に伝送することが可能になる。
【０００３】
さらに、上述したＱＡＭ変調波を周波数多重化した変調方式として、ＤＭＴ方式が知られている。
【０００４】
その他、上述したＱＡＭ変調方式を元にした変調方式として、ＣＡＰ方式なども知られている。
【０００５】
また、ＱＡＭ変調方式の信号点配置（コンスタレーション）を工夫した従来技術としては、下記の特許文献１が知られている。この特許文献１では、同相成分および直交成分の振幅レベルを非線形に設定することにより、信号間距離の設定自由度を高めている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−７９３２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
デジタルデータの伝送分野では、より高速な伝送技術が強く求められている。そのため、ＱＡＭ変調方式においては、一度に大量の情報量を伝送するため、さらなる多値化の実現が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述したＱＡＭ変調方式において、多値を実現するための新しい多重化技術を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、ＱＡＭ変調方式の信号点配置の自由度を高めるための技術を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、本発明により生成される多重ＱＡＭ変調波を効率的に復調するための技術を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。
【００１０】
《第１の変調技術》
第１の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置は、ＱＡＭ変調部、および変調波合成部を備える。
このＱＡＭ変調部では、複数の入力データ（１つの入力データを区分したものも含む）を、共通の搬送波周波数でそれぞれＱＡＭ変調することにより、複数のＱＡＭ変調波を生成する。
変調波合成部では、複数のＱＡＭ変調波に利得差を与えた状態で、複数のＱＡＭ変調波を合成して、多重ＱＡＭ変調波を生成する。このとき、変調波合成部は、合成後の多重ＱＡＭ変調波の信号点配置が重複しないように、合成前のＱＡＭ変調波に利得差を与える。
なお、このような本発明の多重方式を、従来の「周波数多重」と区別するため、本明細書では「利得差多重」とよぶ。
【００１１】
以下、具体例を挙げて説明する。
図１は、多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。図１において、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１は、１６値のＱＡＭ変調波である。もう一方のＱＡＭ変調波Ｍ２は、４値のＱＡＭ変調波である。
これらＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２は、搬送波周波数が等しい。そのため、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の合成は、ＩＱコンスタレーション上における信号点のベクトル加算として考えることができる。
【００１２】
すなわち、図１のケースでは、ＱＡＭ変調波Ｍ１の１６個の信号点と、ＱＡＭ変調波Ｍ２の４個の信号点とをそれぞれにベクトル加算することにより、１６×４＝６４個の新たな信号点を持つ多重ＱＡＭ変調波ＭＭが生成される。
このような合成では、場合によって、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号点が重複し、信号伝送に利用できなくなるという問題が生じる。
【００１３】
第１の変調技術では、この問題を、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２に利得差を与えることで解決している。すなわち、一方のＱＡＭ変調波Ｍ２の利得を相対的に下げることにより、多重ＱＡＭ変調ＭＭの各信号点の広がりを抑制し、隣接する信号点の重複を防止している。
なお、図１では、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号点を等間隔配置する場合について図示した。しかしながら、合成前の利得差や信号点配置などを調整することで、信号点を所望する不等間隔に配置した多重ＱＡＭ変調波を容易に生成することも可能である。
【００１４】
図２は、別の合成例を示す図である。この例では、ＱＡＭ変調波Ｍ２に代えて、ＱＡＭ変調波Ｍ３を使用する。このＱＡＭ変調波Ｍ３は、４値ＱＡＭにゼロ点（搬送波なしの状態）を信号として追加したものである。このゼロ点を含むＱＡＭ変調波Ｍ３を、ＱＡＭ変調波Ｍ１に合成することにより、ＱＡＭ変調波Ｍ１の信号点をそのまま多重ＱＡＭ変調波ＭＮに残すことが可能になる。すなわち、多重ＱＡＭ変調波ＭＮには、合成による信号点６４個と、合成前の信号点１６個とを合わせた、合計８０個分の信号点が現れる。
このような具体例からも分かるように、本発明の多重ＱＡＭ変調装置では、ＱＡＭ変調波のさらなる多値化を実現しつつ、信号点配置の自由度を一段と高めることが可能になる。
【００１５】
《第２の変調技術》
第２の変調技術は、第１の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置において、ＱＡＭ変調部は、少なくとも２つのＱＡＭ変調波に対して位相差を設ける。
【００１６】
以下、具体例を挙げて説明する。
図３は、位相差を設けた多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ４には、搬送波間に位相差θが設けられている。このようなＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ４を合成することにより、図３に示す多重ＱＡＭ変調波ＭＰを生成することができる。
【００１７】
この多重ＱＡＭ変調波ＭＰは、合成前に与えた位相差θによって、図３に示すうな局所的な傾斜を信号点配置に与えることが可能になる。
このような具体例からも分かるように、第２の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置では、信号点配置に局所的な傾斜を導入することが可能となり、今まで以上に柔軟な信号点配置を容易に実現することができる。
【００１８】
《第３の変調技術》
第３の変調技術は、第１の変調技術ないし第２の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置において、変調波合成部が、多重ＱＡＭ変調波の送信出力を、同一の伝送路で使用されるその他のＱＡＭ変調方式の送信出力と同一にする。
【００１９】
このように送信出力を従来方式と同一レベルに揃えることにより、同一の伝送路を使用するその他のＱＡＭ変調方式に代えて、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波を即座に使用できる。
【００２０】
特に、大きな利得の変調波（以下『主変調波』という）に対して、小さな利得の変調波（以下『従変調波』という）を十分に小さく設定した場合、従来のＱＡＭ復調器をそのまま使用して主変調波を復調することが可能になる。この場合、主変調波を用いて従来互換を維持したデータ伝送を行いつつ、従変調波を使用してその他のデータも伝送するといった実用的な態様が可能となる。
【００２１】
《第４の変調技術》
第４の変調技術は、第１の変調技術ないし第３の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置において、搬送波周波数の異なる複数の多重ＱＡＭ変調波を周波数多重する周波数多重部を備えたことを特徴とする。
【００２２】
第４の変調技術の多重ＱＡＭ変調波は、搬送波周波数の等しいＱＡＭ変調波を多重するため、シングルキャリアの特徴を有する。そのため、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、限られた周波数帯域を効率的に利用できるという点で大変優れている。
この特徴を活かして、第４の変調技術では、多重ＱＡＭ変調波を更に周波数多重する。その結果、一度に伝送可能なデータ量を更に増加させ、一段と高速なデータ伝送を実現することが可能になる。
【００２３】
《請求項１》
請求項１に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、確率演算部および復調部を備える。
この確率演算部は、伝送路による信号点の分散に基づいて、受信信号が各信号点に該当する確率を求める。
復調部は、求めた確率に基づいて、利得差多重された複数の入力データごとに期待値を算出し、この期待値に基づいて入力データを推定する。
【００２４】
《請求項２》
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多重ＱＡＭ復調装置において、復調部は、大きな変調波利得で多重された入力データの推定を先に実施し、推定した入力データからありえない信号点を除いて、残りの入力データの推定を実施することを特徴とする。
このような処理により、残りの入力データの推定精度を高めることが可能になる。さらに、残りの入力データの推定にかかる演算量を軽減することも可能になる。
【００２５】
《請求項３》
請求項３に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、伝送路の特性に基づいて、受信後の多重ＱＡＭ変調波に現れる各信号点を推測し、推測した各信号点と、受信信号の信号点との距離に基づいて、最も可能性の高い信号点を特定し、特定した信号点から複数の入力データを求める。
【００２６】
《請求項４》
請求項４に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、トレーニング部を備えたことを特徴とする。
【００２７】
このトレーニング部は、信号伝送のイニシャライゼーション期間中に多重ＱＡＭ変調装置から伝送される規定のトレーニング信号を受信し、トレーニング信号に基づいて多重ＱＡＭ変調波の信号間距離が受信後に確保できるよう、多重ＱＡＭ変調装置側との間で、利得差多重するＱＡＭ変調波のＱＡＭ値、ＱＡＭ変調波間の利得差、およびＱＡＭ変調波間の位相差の少なくとも一つのパラメータを決定する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施形態を説明する。
本実施形態は、請求項１，２，４に対応する実施形態である。
【００３０】
［多重ＱＡＭ変調装置の説明］
図４は、本実施形態における多重ＱＡＭ変調装置１１の構成を示すブロック図である。
図４において、多重ＱＡＭ変調装置１１には、複数の入力データＸ１，Ｘ２が入力される。これら入力データＸ１，Ｘ２は、独立したデータでもよいし、本来一つのデータを区分することによって作成されたデータでもよい。
【００３１】
これらの入力データＸ１，Ｘ２は、ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂにそれぞれ与えられる。これらのＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂには、同一周波数の搬送波が与えられる。ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂは、この同一周波数の搬送波を用いて、入力データＸ１，Ｘ２をそれぞれＱＡＭ変調（直交振幅変調）し、複数のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２を生成する。
【００３２】
生成されたＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２は、利得調整部１３ａ，１３ｂによって利得差が調整された後、加算部１４に入力される。加算部１４は、このＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２を加算して合成することにより、多重ＱＡＭ変調波ＭＭを生成する。
なお、この場合の利得差は、合成後の多重ＱＡＭ変調波ＭＭにおいて、信号点が重複しないように決定すればよい。
【００３３】
このように決定された利得差の好適な一例としては、従来方式のＱＡＭ変調波の利得を基準にして、一方のＱＡＭ変調波Ｍ１の利得を０．９９５倍（送信出力では０．９９倍）とし、他方のＱＡＭ変調波Ｍ２の利得を０．１倍（送信出力で０．０１倍）とする。
図１〜図３は、多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。（図１〜図３については、課題を解決するための手段の欄で既に説明したため、ここでの重複説明を省く）
実際には、合成前のＱＡＭ値、合成前の利得差、合成前の信号点配置、合成前の位相差などを変更することにより、更に多種多様な信号配置の多重ＱＡＭ変調波を自在に生成することが可能である。
【００３４】
加算部１４は、このように生成された多重ＱＡＭ変調波ＭＭの送信出力を、同一の伝送路上で使用されるその他のＱＡＭ変調方式の送信出力と等しく揃えた上で、通信先である多重ＱＡＭ復調装置２１へ送出する。
なお、周波数多重部１５を使用することにより、周波数帯域の異なる複数の多重ＱＡＭ変調波を周波数多重してもよい。
【００３５】
［多重ＱＡＭ復調装置の説明］
図５は、本実施形態における多重ＱＡＭ復調装置２１の構成を示すブロック図である。
図５において、多重ＱＡＭ復調装置２１は、伝送路を介して、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの受信信号Ｙを受信する。（なお、送信側において多重ＱＡＭ変調波ＭＭが周波数多重されている場合には、不図示の周波数弁別部を用いて個々の多重ＱＡＭ変調波に分割される。）
この受信信号Ｙは、等価部２２に入力され、伝送路の伝搬によって生じた振幅位相の変化が補正される。
【００３６】
ここで、伝送路の背景雑音が存在しない場合を想定することにより、理想的な受信信号Ｙｏの式を求める。
まず、伝送路（等価部２２も含む）をＨと表し、上述した利得調整部１３ａ，１３ｂの利得をそれぞれＧ１，Ｇ２とする。（このＧ１，Ｇ２には位相を含めてもよい）
すると、理想的な受信信号Ｙｏは、下式のようなＩＱコンスタレーション上のベクトル式で表現できる。
【数１】
ただし、上式中のＸ１，Ｘ２は、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２をＩＱコンスタレーション上のベクトル値で表現したものである。また、Ｈ１は（Ｇ１・Ｈ）に対応し、Ｈ２は（Ｇ２・Ｈ）に対応する。
【００３７】
この理想的な受信信号Ｙｏ＝Ｘｈは、図６に示す受信信号Ｙの各信号点の中心位置に相当する。実際の受信信号Ｙは、この理想的な受信信号Ｙｏ＝Ｘｈに伝送路の背景雑音が加算されたものとなる。したがって、送信信号Ｘ＝（Ｘ１，Ｘ２）が、受信信号Ｙとなる確率ｆY/Xは、
【数２】
の式で表すことができる。ただし、上式中のσ2は、ＩＱコンスタレーション上における背景雑音の分散値であり、ｃは正規化係数である。また、||Ｙ−Ｘｈ||は、各信号点の中心Ｘｈと受信信号Ｙとの信号間距離に対応する。
【００３８】
多重ＱＡＭ復調装置２１のメモリ２４には、（２）式の計算に必要な伝送路の特性ｈ、および伝送路の背景雑音の分散σ2が記録されている。これらの値は、後述するトレーニング動作によって決定される値である。
確率演算部２３は、メモリ２４から特性ｈや分散値σ2を読み出し、取りうるすべての送信信号Ｘ＝（Ｘ１，Ｘ２）について、受信信号Ｙとなる条件付き確率ｆY/Xを（２）式に従って算出する。
【００３９】
このように算出された条件付き確率の値は、期待値演算部２５ａ，２５ｂにそれぞれ入力される。
図７［Ａ］に示す点線範囲は、変調波利得の大きな入力データＸ１が同じ値をとる範囲に信号点をそれぞれ区切ったものである。この点線範囲の単位に、条件付き確率ｆY/Xを加算することによって、受信信号Ｙが入力データＸ１に該当する確率を求めることができる。この入力データＸ１と確率とを積和演算することによって、入力データＸ１の期待値Ｅ（Ｘ１）を求めることができる。
【００４０】
すなわち、入力データＸ１の期待値Ｅ（Ｘ１）は、
【数３】
となる。
期待値演算部２５ａは、この（３）式に従って、期待値Ｅ（Ｘ１）を算出する。
入力データ推定部２６ａは、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１のＩＱコンスタレーション上において、期待値Ｅ（Ｘ１）に一番近い信号点を求め、その信号点に該当する入力データＸ１を復調結果として出力する。
【００４１】
期待値演算部２５ｂは、この入力データＸ１の復調結果を取得する。通常、入力データＸ２が同じ値をとる信号点は、変調波利得の大きな入力データＸ１によって振られるため、図７［Ｂ］に斜線で示す範囲のように広く拡散してしまう。そのため、入力データＸ２の期待値Ｅ（Ｘ２）に誤差が混入しやすい。
そこで、期待値演算部２５ｂは、入力データＸ１の復調結果に基づいて、ありえない信号点の条件付き確率ｆY/Xをゼロに置き換えた上で、
【数４】
を算出する。このような期待値Ｅ（Ｘ２）の計算では、図７［Ｂ］に示すような実線範囲に計算範囲が限定されるため、より正確な期待値Ｅ（Ｘ２）を求めることができる。
【００４２】
入力データ推定部２６ｂは、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ２のＩＱコンスタレーション上において、期待値Ｅ（Ｘ２）に一番近い信号点を求め、その信号点に該当する入力データＸ２を復調結果として出力する。
上述した一連の手順に従って受信信号Ｙを処理することにより、多重ＱＡＭ復調装置２１は、入力データＸ１，Ｘ２をそれぞれ復調することができる。
【００４３】
［トレーニング動作の説明］
次に、信号伝送のイニシャライゼーション期間中に実施されるトレーニング動作について説明する。
図８は、このトレーニング動作の手順を示す流れ図である。
【００４４】
（ステップＳ１） 多重ＱＡＭ変調装置１１は、規定のトレーニング信号を多重ＱＡＭ復調装置２１へ送信する。多重ＱＡＭ復調装置２１では、このトレーニング信号を受信する。多重ＱＡＭ復調装置２１のトレーニング部２７は、このトレーニング信号の受信信号に基づいて、伝送路のノイズレベルを求める。
【００４５】
（ステップＳ２） トレーニング部２７は、伝送路のノイズレベルと、ＱＡＭ変調波Ｍ１の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎを算出する。
【００４６】
（ステップＳ３） トレーニング部２７は、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎに基づいて対応テーブルを参照して、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＱＡＭ値を決定する。この対応テーブルは、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎに対応付けて、予め実験または理論計算で求めた最適なＱＡＭ値を格納したものである。なお、対応テーブルによる方法以外として、ＱＡＭ値決定アルゴリズムによる方法でもよい。
【００４７】
（ステップＳ４） トレーニング部２７は、伝送路のノイズレベルと、ＱＡＭ変調波Ｍ２の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎを算出する。
【００４８】
（ステップＳ５） トレーニング部２７は、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎに基づいて対応テーブルを参照して、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＱＡＭ値を決定する。この対応テーブルは、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎに対応付けて、予め実験または理論計算で求めた最適なＱＡＭ値を格納したものである。なお、対応テーブルによる方法以外として、ＱＡＭ値決定アルゴリズムによる方法でもよい。
このようなＱＡＭ値の決定により、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号間距離を受信後に適宜確保することが可能になる。なお、伝送路のノイズレベルが、本発明方式に不十分な場合、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＱＡＭ値はゼロとなる。この場合、ＱＡＭ変調波Ｍ１の送信出力を従来通りの出力レベルに戻した上で、ＱＡＭ変調波Ｍ１のみを用いた従来通りの信号伝送が行われる。
【００４９】
（ステップＳ６） トレーニング部２７は、決定されたＱＡＭ値を、多重ＱＡＭ変調装置１１に通知する。
【００５０】
（ステップＳ７） トレーニング部２７は、受信されたトレーニング信号の信号点配置を解析して、伝送路の特性ｈ、および伝送路による信号点の分散σ2を求める。トレーニング部２７は、求めた値をメモリ２４に格納する。なお、ステップＳ１で求めておいた伝送路のノイズレベルから、信号点の分散σ2を推定してもよい。
上述した動作により、イニシャライゼーション期間中に実施されるトレーニング動作が完了する。
【００５１】
［発明との対応関係］
以下、上述した実施形態と請求項の記載事項との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載のＱＡＭ変調部は、ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂに対応する。
請求項記載の変調波合成部は、利得調整部１３ａ，１３ｂ、および加算部１４に対応する。
請求項記載の周波数多重部は、周波数多重部１５に対応する。
請求項記載の確率演算部は、確率演算部２３に対応する。
請求項記載の復調部は、期待値演算部２５ａ，２５ｂ、および入力データ推定部２６ａ，２６ｂに対応する。
請求項記載のトレーニング部は、トレーニング部２７に対応する。
【００５２】
［本実施形態の効果など］
以上説明したように、本実施形態では、搬送波周波数の等しい複数のＱＡＭ変調波を利得差を与えて合成することにより、ＱＡＭ変調波のさらなる多値化を実現することができる。
さらに、合成前の利得差、合成前の各ＱＡＭ値、合成前の位相差などを調整することによって、従来不可能であった信号点配置を高い自由度で実現することが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態では、多重ＱＡＭ変調波の送信出力を従来方式の送信出力とと同一レベルに揃えているので、同一の伝送路を使用するその他のＱＡＭ変調方式に代えて、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波を即座に使用できる。
【００５４】
さらに、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、搬送波周波数の等しいＱＡＭ変調波を多重するため、シングルキャリアの特徴を有する。そのため、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、限られた周波数帯域を効率的に利用できるという点で大変優れている。更にこの特徴を活かして、多重ＱＡＭ変調波を周波数多重することにより、一度に伝送可能なデータ量を増加させることもできる。
【００５５】
また、本実施形態では、変調波利得の大きな入力データＸ１を先に復調し、入力データＸ１の復調結果に基づいて、残りの入力データＸ２の推定範囲を限定している。その結果、入力データＸ２の推定精度を高めつつ、入力データＸ２の推定にかかる演算量を軽減している。
【００５６】
さらに、本実施形態では、イニシャライゼーション期間中に、トレーニング動作を行い、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１、Ｍ２のＱＡＭ値を適正に決定する。したがって、伝送路の状態に合わせて、多重ＱＡＭ変調波の信号間距離を受信後に適切に確保することが可能になる。
【００５７】
［実施形態の補足事項］
以下、実施形態について補足説明を行う。
上述した実施形態では、２つのＱＡＭ変調波を合成する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、３つ以上のＱＡＭ変調波を合成してもよい。このような場合も、複数のＱＡＭ変調波に利得差を与えることによって、多重ＱＡＭ変調波の信号点重複を回避できる。
【００５８】
また、上述した実施形態では、入力データの期待値を細かく演算することにより、高精度な復調結果を得ている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、多重ＱＡＭ変調波の理想的な受信信号Ｙｏの信号点配置において、受信信号Ｙと一番近い信号点を求め、この信号点に該当する入力データＸ１，Ｘ２を直に求めてもよい（請求項３に対応）。
【００５９】
なお、この場合も、変調波利得の大きな入力データＸ１を先に決定し、その入力データＸ１から信号点の存在範囲（図９中のＡ）を限定した上で、さらに受信信号Ｙと一番近い信号点を求めて、残りの入力データＸ２を決定してもよい。このような段階的処理によって、入力データＸ２の復調にかかる演算量を軽減することができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、トレーニング動作により、合成前のＱＡＭ値を決定している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。トレーニング動作において、合成前の利得差、合成前の位相差などを決定してもよい。なお、これらのパラメータはいずれも、多重ＱＡＭ変調波の信号点距離が受信後に適切に確保できるように決定すればよい。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、トレーニング動作において伝送路のノイズレベルを検出し、そのノイズレベルからＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２のＳ／Ｎを求めている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トレーニング動作においてＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ伝送して、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の各Ｓ／Ｎを直に求めてもよい。また、トレーニング動作において、利得多重したＱＡＭ変調波を伝送して、利得多重したＱＡＭ変調波のＳ／Ｎを求めてもよい。さらに、利得多重したＱＡＭ変調波のＳ／Ｎに基づいて、分離後のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２のＳ／Ｎを求めてもよい。また、トレーニング動作において、従来通りのＱＡＭ変調波を伝送してＳ／Ｎを求め、このＳ／ＮとＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の各Ｓ／Ｎを算出してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の変調技術〜第４の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置は、搬送波周波数の等しい複数のＱＡＭ変調波を利得差を与えて合成することにより、信号点の分離可能な多重ＱＡＭ変調波を生成する。この多重ＱＡＭ変調波は、シングルキャリアの特徴を有するため、限られた周波数帯域を効率的に利用しつつ、利得差による多値化を実現できるという点で優れている。
また、この多重ＱＡＭ変調波は、合成前の利得差、合成前の信号点配置、合成前の位相差などを調整することによって、種々多様な信号点配置を容易に実現できるという点で非常に優れている。
【００６３】
（請求項１）
請求項１の多重ＱＡＭ復調装置では、伝送路の伝搬によって生じる信号点の分散に基づいて、受信信号が各信号点に該当する確率を求める。これら各信号点の確率と、各信号点が示す入力データの値とを積和演算することにより、各入力データの期待値を算出することができる。これら期待値に基づいて推定される入力データを決定する。このような動作により、利得差多重された入力データを的確に分離して、復調することが可能になる。
【００６４】
（請求項２）
請求項２の多重ＱＡＭ復調装置では、大きな変調波利得で多重された入力データの推定を先に実施する。大きな変調波利得で多重された入力データに該当する信号点の群は、ＩＱコンスタレーション上において局所的に集中する（例えば、図７［Ａ］参照）。したがって、このような入力データについて先に推定を行うことにより、先に高精度な復調結果を部分的に得ることができる。
一方、残りの入力データは、変調波利得の大きな入力データによって信号点の位置が振られるため、その入力データに該当する信号点が拡散する（例えば、図７［Ｂ］参照）。しかしながら、先に推定した『変調波利得の大きな入力データ』によって、信号点の存在可能な範囲を予め狭く限定することができる。このような信号点の限定により、残りの入力データについても的確に推定することが可能になり、一段と正確な復調結果を得ることができる。
【００６５】
（請求項３）
請求項３の多重ＱＡＭ復調装置では、多重ＱＡＭ変調波の信号点配置と伝送路の特性に基づいて受信信号の各信号点の位置を予め推測しておく。この推測した各信号点と、多重ＱＡＭ変調波の信号点との距離に基づいて、最も可能性の高い信号点を決定することによって、多重ＱＡＭ変調波を復調する。このような復調方式では、受信信号の信号点の位置を予め推測して決定しておくことにより、受信信号の信号点と一番近い推測信号点を比較決定するだけで、即座に受信信号の信号点を特定することができる。したがって、多重ＱＡＭ変調波を、少ない演算量で迅速に復調することが可能になる。
【００６６】
（請求項４）
請求項４の多重ＱＡＭ復調装置は、イニシャライゼーション期間中のトレーニングにより、多重ＱＡＭ変調波のパラメータ（利得差多重するＱＡＭ変調波のＱＡＭ値、ＱＡＭ変調波間の利得差、およびＱＡＭ変調波間の位相差の少なくとも一つ）を決定する。
上述したように、多重ＱＡＭ変調波の信号点配置は自由度が非常に高い。したがって、上記したパラメータのトレーニングでは、多種多様な信号点配置を選ぶことが可能であり、広い選択肢の中から伝送路の状態に一段と適した信号点配置を設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。
【図２】別の合成例を示す図である。
【図３】別の合成例を示す図である。
【図４】本実施形態における多重ＱＡＭ変調装置１１の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態における多重ＱＡＭ復調装置２１の構成を示すブロック図である。
【図６】条件付き確率の計算を説明する図である。
【図７】期待値の計算を説明する図である。
【図８】トレーニング動作の手順を示す流れ図である。
【図９】別の復調プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１１ 多重ＱＡＭ変調装置
１２ａ，１２ｂ ＱＡＭ変調部
１３ａ，１３ｂ 利得調整部
１４ 加算部
１５ 周波数多重部
２１ 多重ＱＡＭ復調装置
２２ 等価部
２３ 確率演算部
２４ メモリ
２５ａ，２５ｂ 期待値演算部
２６ａ，２６ｂ 入力データ推定部
２７ トレーニング部
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルデータの伝送に関する発明である。さらに詳しくは、ＱＡＭ変調の多重化に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタルデータの変調方式として、ＱＡＭ変調方式が知られている。
このＱＡＭ変調方式は、直交する２つのＡＳＫ（振幅変調）波を加え合わせることによって、搬送波の位相と振幅を同時に変化させる変調方式である。このＱＡＭ変調方式では、多値の信号伝送が実現可能である。例えば、同相成分の信号レベルをｎ種類とし、直交成分の信号レベルをｍ種類とすると、双方を組み合わせることにより（ｎ×ｍ）値の信号を一度に伝送することが可能になる。
【０００３】
さらに、上述したＱＡＭ変調波を周波数多重化した変調方式として、ＤＭＴ方式が知られている。
【０００４】
その他、上述したＱＡＭ変調方式を元にした変調方式として、ＣＡＰ方式なども知られている。
【０００５】
また、ＱＡＭ変調方式の信号点配置（コンスタレーション）を工夫した従来技術としては、下記の特許文献１が知られている。この特許文献１では、同相成分および直交成分の振幅レベルを非線形に設定することにより、信号間距離の設定自由度を高めている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−７９３２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
デジタルデータの伝送分野では、より高速な伝送技術が強く求められている。そのため、ＱＡＭ変調方式においては、一度に大量の情報量を伝送するため、さらなる多値化の実現が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述したＱＡＭ変調方式において、多値を実現するための新しい多重化技術を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、ＱＡＭ変調方式の信号点配置の自由度を高めるための技術を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、本発明により生成される多重ＱＡＭ変調波を効率的に復調するための技術を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。
【００１０】
《第１の変調技術》
第１の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置は、ＱＡＭ変調部、および変調波合成部を備える。
このＱＡＭ変調部では、複数の入力データ（１つの入力データを区分したものも含む）を、共通の搬送波周波数でそれぞれＱＡＭ変調することにより、複数のＱＡＭ変調波を生成する。
変調波合成部では、複数のＱＡＭ変調波に利得差を与えた状態で、複数のＱＡＭ変調波を合成して、多重ＱＡＭ変調波を生成する。このとき、変調波合成部は、合成後の多重ＱＡＭ変調波の信号点配置が重複しないように、合成前のＱＡＭ変調波に利得差を与える。
なお、このような本発明の多重方式を、従来の「周波数多重」と区別するため、本明細書では「利得差多重」とよぶ。
【００１１】
以下、具体例を挙げて説明する。
図１は、多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。図１において、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１は、１６値のＱＡＭ変調波である。もう一方のＱＡＭ変調波Ｍ２は、４値のＱＡＭ変調波である。
これらＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２は、搬送波周波数が等しい。そのため、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の合成は、ＩＱコンスタレーション上における信号点のベクトル加算として考えることができる。
【００１２】
すなわち、図１のケースでは、ＱＡＭ変調波Ｍ１の１６個の信号点と、ＱＡＭ変調波Ｍ２の４個の信号点とをそれぞれにベクトル加算することにより、１６×４＝６４個の新たな信号点を持つ多重ＱＡＭ変調波ＭＭが生成される。
このような合成では、場合によって、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号点が重複し、信号伝送に利用できなくなるという問題が生じる。
【００１３】
第１の変調技術では、この問題を、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２に利得差を与えることで解決している。すなわち、一方のＱＡＭ変調波Ｍ２の利得を相対的に下げることにより、多重ＱＡＭ変調ＭＭの各信号点の広がりを抑制し、隣接する信号点の重複を防止している。
なお、図１では、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号点を等間隔配置する場合について図示した。しかしながら、合成前の利得差や信号点配置などを調整することで、信号点を所望する不等間隔に配置した多重ＱＡＭ変調波を容易に生成することも可能である。
【００１４】
図２は、別の合成例を示す図である。この例では、ＱＡＭ変調波Ｍ２に代えて、ＱＡＭ変調波Ｍ３を使用する。このＱＡＭ変調波Ｍ３は、４値ＱＡＭにゼロ点（搬送波なしの状態）を信号として追加したものである。このゼロ点を含むＱＡＭ変調波Ｍ３を、ＱＡＭ変調波Ｍ１に合成することにより、ＱＡＭ変調波Ｍ１の信号点をそのまま多重ＱＡＭ変調波ＭＮに残すことが可能になる。すなわち、多重ＱＡＭ変調波ＭＮには、合成による信号点６４個と、合成前の信号点１６個とを合わせた、合計８０個分の信号点が現れる。
このような具体例からも分かるように、本発明の多重ＱＡＭ変調装置では、ＱＡＭ変調波のさらなる多値化を実現しつつ、信号点配置の自由度を一段と高めることが可能になる。
【００１５】
《第２の変調技術》
第２の変調技術は、第１の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置において、ＱＡＭ変調部は、少なくとも２つのＱＡＭ変調波に対して位相差を設ける。
【００１６】
以下、具体例を挙げて説明する。
図３は、位相差を設けた多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ４には、搬送波間に位相差θが設けられている。このようなＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ４を合成することにより、図３に示す多重ＱＡＭ変調波ＭＰを生成することができる。
【００１７】
この多重ＱＡＭ変調波ＭＰは、合成前に与えた位相差θによって、図３に示すうな局所的な傾斜を信号点配置に与えることが可能になる。
このような具体例からも分かるように、第２の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置では、信号点配置に局所的な傾斜を導入することが可能となり、今まで以上に柔軟な信号点配置を容易に実現することができる。
【００１８】
《第３の変調技術》
第３の変調技術は、第１の変調技術ないし第２の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置において、変調波合成部が、多重ＱＡＭ変調波の送信出力を、同一の伝送路で使用されるその他のＱＡＭ変調方式の送信出力と同一にする。
【００１９】
このように送信出力を従来方式と同一レベルに揃えることにより、同一の伝送路を使用するその他のＱＡＭ変調方式に代えて、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波を即座に使用できる。
【００２０】
特に、大きな利得の変調波（以下『主変調波』という）に対して、小さな利得の変調波（以下『従変調波』という）を十分に小さく設定した場合、従来のＱＡＭ復調器をそのまま使用して主変調波を復調することが可能になる。この場合、主変調波を用いて従来互換を維持したデータ伝送を行いつつ、従変調波を使用してその他のデータも伝送するといった実用的な態様が可能となる。
【００２１】
《第４の変調技術》
第４の変調技術は、第１の変調技術ないし第３の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置において、搬送波周波数の異なる複数の多重ＱＡＭ変調波を周波数多重する周波数多重部を備えたことを特徴とする。
【００２２】
第４の変調技術の多重ＱＡＭ変調波は、搬送波周波数の等しいＱＡＭ変調波を多重するため、シングルキャリアの特徴を有する。そのため、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、限られた周波数帯域を効率的に利用できるという点で大変優れている。
この特徴を活かして、第４の変調技術では、多重ＱＡＭ変調波を更に周波数多重する。その結果、一度に伝送可能なデータ量を更に増加させ、一段と高速なデータ伝送を実現することが可能になる。
【００２３】
《請求項１》
請求項１に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、確率演算部および復調部を備える。
この確率演算部は、伝送路による信号点の分散に基づいて、受信信号が各信号点に該当する確率を求める。
復調部は、求めた確率に基づいて、利得差多重された複数の入力データごとに期待値を算出し、この期待値に基づいて入力データを推定する。
【００２４】
《請求項２》
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多重ＱＡＭ復調装置において、復調部は、大きな変調波利得で多重された入力データの推定を先に実施し、推定した入力データからありえない信号点を除いて、残りの入力データの推定を実施することを特徴とする。
このような処理により、残りの入力データの推定精度を高めることが可能になる。さらに、残りの入力データの推定にかかる演算量を軽減することも可能になる。
【００２５】
《請求項３》
請求項３に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、伝送路の特性に基づいて、受信後の多重ＱＡＭ変調波に現れる各信号点を推測し、推測した各信号点と、受信信号の信号点との距離に基づいて、最も可能性の高い信号点を特定し、特定した信号点から複数の入力データを求める。
【００２６】
《請求項４》
請求項４に記載の発明は、第１の変調技術ないし第４の変調技術のいずれかの多重ＱＡＭ変調装置から伝送される多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、トレーニング部を備えたことを特徴とする。
【００２７】
このトレーニング部は、信号伝送のイニシャライゼーション期間中に多重ＱＡＭ変調装置から伝送される規定のトレーニング信号を受信し、トレーニング信号に基づいて多重ＱＡＭ変調波の信号間距離が受信後に確保できるよう、多重ＱＡＭ変調装置側との間で、利得差多重するＱＡＭ変調波のＱＡＭ値、ＱＡＭ変調波間の利得差、およびＱＡＭ変調波間の位相差の少なくとも一つのパラメータを決定する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施形態を説明する。
本実施形態は、請求項１，２，４に対応する実施形態である。
【００３０】
［多重ＱＡＭ変調装置の説明］
図４は、本実施形態における多重ＱＡＭ変調装置１１の構成を示すブロック図である。
図４において、多重ＱＡＭ変調装置１１には、複数の入力データＸ１，Ｘ２が入力される。これら入力データＸ１，Ｘ２は、独立したデータでもよいし、本来一つのデータを区分することによって作成されたデータでもよい。
【００３１】
これらの入力データＸ１，Ｘ２は、ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂにそれぞれ与えられる。これらのＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂには、同一周波数の搬送波が与えられる。ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂは、この同一周波数の搬送波を用いて、入力データＸ１，Ｘ２をそれぞれＱＡＭ変調（直交振幅変調）し、複数のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２を生成する。
【００３２】
生成されたＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２は、利得調整部１３ａ，１３ｂによって利得差が調整された後、加算部１４に入力される。加算部１４は、このＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２を加算して合成することにより、多重ＱＡＭ変調波ＭＭを生成する。
なお、この場合の利得差は、合成後の多重ＱＡＭ変調波ＭＭにおいて、信号点が重複しないように決定すればよい。
【００３３】
このように決定された利得差の好適な一例としては、従来方式のＱＡＭ変調波の利得を基準にして、一方のＱＡＭ変調波Ｍ１の利得を０．９９５倍（送信出力では０．９９倍）とし、他方のＱＡＭ変調波Ｍ２の利得を０．１倍（送信出力で０．０１倍）とする。
図１〜図３は、多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。（図１〜図３については、課題を解決するための手段の欄で既に説明したため、ここでの重複説明を省く）
実際には、合成前のＱＡＭ値、合成前の利得差、合成前の信号点配置、合成前の位相差などを変更することにより、更に多種多様な信号配置の多重ＱＡＭ変調波を自在に生成することが可能である。
【００３４】
加算部１４は、このように生成された多重ＱＡＭ変調波ＭＭの送信出力を、同一の伝送路上で使用されるその他のＱＡＭ変調方式の送信出力と等しく揃えた上で、通信先である多重ＱＡＭ復調装置２１へ送出する。
なお、周波数多重部１５を使用することにより、周波数帯域の異なる複数の多重ＱＡＭ変調波を周波数多重してもよい。
【００３５】
［多重ＱＡＭ復調装置の説明］
図５は、本実施形態における多重ＱＡＭ復調装置２１の構成を示すブロック図である。
図５において、多重ＱＡＭ復調装置２１は、伝送路を介して、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの受信信号Ｙを受信する。（なお、送信側において多重ＱＡＭ変調波ＭＭが周波数多重されている場合には、不図示の周波数弁別部を用いて個々の多重ＱＡＭ変調波に分割される。）
この受信信号Ｙは、等価部２２に入力され、伝送路の伝搬によって生じた振幅位相の変化が補正される。
【００３６】
ここで、伝送路の背景雑音が存在しない場合を想定することにより、理想的な受信信号Ｙｏの式を求める。
まず、伝送路（等価部２２も含む）をＨと表し、上述した利得調整部１３ａ，１３ｂの利得をそれぞれＧ１，Ｇ２とする。（このＧ１，Ｇ２には位相を含めてもよい）
すると、理想的な受信信号Ｙｏは、下式のようなＩＱコンスタレーション上のベクトル式で表現できる。
【数１】
【００３７】
この理想的な受信信号Ｙｏ＝Ｘｈは、図６に示す受信信号Ｙの各信号点の中心位置に相当する。実際の受信信号Ｙは、この理想的な受信信号Ｙｏ＝Ｘｈに伝送路の背景雑音が加算されたものとなる。したがって、送信信号Ｘ＝（Ｘ１，Ｘ２）が、受信信号Ｙとなる確率ｆY/Xは、
【数２】
【００３８】
多重ＱＡＭ復調装置２１のメモリ２４には、（２）式の計算に必要な伝送路の特性ｈ、および伝送路の背景雑音の分散σ2が記録されている。これらの値は、後述するトレーニング動作によって決定される値である。
確率演算部２３は、メモリ２４から特性ｈや分散値σ2を読み出し、取りうるすべての送信信号Ｘ＝（Ｘ１，Ｘ２）について、受信信号Ｙとなる条件付き確率ｆY/Xを（２）式に従って算出する。
【００３９】
このように算出された条件付き確率の値は、期待値演算部２５ａ，２５ｂにそれぞれ入力される。
図７［Ａ］に示す点線範囲は、変調波利得の大きな入力データＸ１が同じ値をとる範囲に信号点をそれぞれ区切ったものである。この点線範囲の単位に、条件付き確率ｆY/Xを加算することによって、受信信号Ｙが入力データＸ１に該当する確率を求めることができる。この入力データＸ１と確率とを積和演算することによって、入力データＸ１の期待値Ｅ（Ｘ１）を求めることができる。
【００４０】
すなわち、入力データＸ１の期待値Ｅ（Ｘ１）は、
【数３】
期待値演算部２５ａは、この（３）式に従って、期待値Ｅ（Ｘ１）を算出する。
入力データ推定部２６ａは、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１のＩＱコンスタレーション上において、期待値Ｅ（Ｘ１）に一番近い信号点を求め、その信号点に該当する入力データＸ１を復調結果として出力する。
【００４１】
期待値演算部２５ｂは、この入力データＸ１の復調結果を取得する。通常、入力データＸ２が同じ値をとる信号点は、変調波利得の大きな入力データＸ１によって振られるため、図７［Ｂ］に斜線で示す範囲のように広く拡散してしまう。そのため、入力データＸ２の期待値Ｅ（Ｘ２）に誤差が混入しやすい。
そこで、期待値演算部２５ｂは、入力データＸ１の復調結果に基づいて、ありえない信号点の条件付き確率ｆY/Xをゼロに置き換えた上で、
【数４】
【００４２】
入力データ推定部２６ｂは、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ２のＩＱコンスタレーション上において、期待値Ｅ（Ｘ２）に一番近い信号点を求め、その信号点に該当する入力データＸ２を復調結果として出力する。
上述した一連の手順に従って受信信号Ｙを処理することにより、多重ＱＡＭ復調装置２１は、入力データＸ１，Ｘ２をそれぞれ復調することができる。
【００４３】
［トレーニング動作の説明］
次に、信号伝送のイニシャライゼーション期間中に実施されるトレーニング動作について説明する。
図８は、このトレーニング動作の手順を示す流れ図である。
【００４４】
（ステップＳ１） 多重ＱＡＭ変調装置１１は、規定のトレーニング信号を多重ＱＡＭ復調装置２１へ送信する。多重ＱＡＭ復調装置２１では、このトレーニング信号を受信する。多重ＱＡＭ復調装置２１のトレーニング部２７は、このトレーニング信号の受信信号に基づいて、伝送路のノイズレベルを求める。
【００４５】
（ステップＳ２） トレーニング部２７は、伝送路のノイズレベルと、ＱＡＭ変調波Ｍ１の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎを算出する。
【００４６】
（ステップＳ３） トレーニング部２７は、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎに基づいて対応テーブルを参照して、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＱＡＭ値を決定する。この対応テーブルは、ＱＡＭ変調波Ｍ１のＳ／Ｎに対応付けて、予め実験または理論計算で求めた最適なＱＡＭ値を格納したものである。なお、対応テーブルによる方法以外として、ＱＡＭ値決定アルゴリズムによる方法でもよい。
【００４７】
（ステップＳ４） トレーニング部２７は、伝送路のノイズレベルと、ＱＡＭ変調波Ｍ２の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎを算出する。
【００４８】
（ステップＳ５） トレーニング部２７は、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎに基づいて対応テーブルを参照して、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＱＡＭ値を決定する。この対応テーブルは、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＳ／Ｎに対応付けて、予め実験または理論計算で求めた最適なＱＡＭ値を格納したものである。なお、対応テーブルによる方法以外として、ＱＡＭ値決定アルゴリズムによる方法でもよい。
このようなＱＡＭ値の決定により、多重ＱＡＭ変調波ＭＭの信号間距離を受信後に適宜確保することが可能になる。なお、伝送路のノイズレベルが、本発明方式に不十分な場合、ＱＡＭ変調波Ｍ２のＱＡＭ値はゼロとなる。この場合、ＱＡＭ変調波Ｍ１の送信出力を従来通りの出力レベルに戻した上で、ＱＡＭ変調波Ｍ１のみを用いた従来通りの信号伝送が行われる。
【００４９】
（ステップＳ６） トレーニング部２７は、決定されたＱＡＭ値を、多重ＱＡＭ変調装置１１に通知する。
【００５０】
（ステップＳ７） トレーニング部２７は、受信されたトレーニング信号の信号点配置を解析して、伝送路の特性ｈ、および伝送路による信号点の分散σ2を求める。トレーニング部２７は、求めた値をメモリ２４に格納する。なお、ステップＳ１で求めておいた伝送路のノイズレベルから、信号点の分散σ2を推定してもよい。
上述した動作により、イニシャライゼーション期間中に実施されるトレーニング動作が完了する。
【００５１】
［発明との対応関係］
以下、上述した実施形態と請求項の記載事項との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載のＱＡＭ変調部は、ＱＡＭ変調部１２ａ，１２ｂに対応する。
請求項記載の変調波合成部は、利得調整部１３ａ，１３ｂ、および加算部１４に対応する。
請求項記載の周波数多重部は、周波数多重部１５に対応する。
請求項記載の確率演算部は、確率演算部２３に対応する。
請求項記載の復調部は、期待値演算部２５ａ，２５ｂ、および入力データ推定部２６ａ，２６ｂに対応する。
請求項記載のトレーニング部は、トレーニング部２７に対応する。
【００５２】
［本実施形態の効果など］
以上説明したように、本実施形態では、搬送波周波数の等しい複数のＱＡＭ変調波を利得差を与えて合成することにより、ＱＡＭ変調波のさらなる多値化を実現することができる。
さらに、合成前の利得差、合成前の各ＱＡＭ値、合成前の位相差などを調整することによって、従来不可能であった信号点配置を高い自由度で実現することが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態では、多重ＱＡＭ変調波の送信出力を従来方式の送信出力とと同一レベルに揃えているので、同一の伝送路を使用するその他のＱＡＭ変調方式に代えて、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波を即座に使用できる。
【００５４】
さらに、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、搬送波周波数の等しいＱＡＭ変調波を多重するため、シングルキャリアの特徴を有する。そのため、本発明方式の多重ＱＡＭ変調波は、限られた周波数帯域を効率的に利用できるという点で大変優れている。更にこの特徴を活かして、多重ＱＡＭ変調波を周波数多重することにより、一度に伝送可能なデータ量を増加させることもできる。
【００５５】
また、本実施形態では、変調波利得の大きな入力データＸ１を先に復調し、入力データＸ１の復調結果に基づいて、残りの入力データＸ２の推定範囲を限定している。その結果、入力データＸ２の推定精度を高めつつ、入力データＸ２の推定にかかる演算量を軽減している。
【００５６】
さらに、本実施形態では、イニシャライゼーション期間中に、トレーニング動作を行い、合成前のＱＡＭ変調波Ｍ１、Ｍ２のＱＡＭ値を適正に決定する。したがって、伝送路の状態に合わせて、多重ＱＡＭ変調波の信号間距離を受信後に適切に確保することが可能になる。
【００５７】
［実施形態の補足事項］
以下、実施形態について補足説明を行う。
上述した実施形態では、２つのＱＡＭ変調波を合成する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、３つ以上のＱＡＭ変調波を合成してもよい。このような場合も、複数のＱＡＭ変調波に利得差を与えることによって、多重ＱＡＭ変調波の信号点重複を回避できる。
【００５８】
また、上述した実施形態では、入力データの期待値を細かく演算することにより、高精度な復調結果を得ている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、多重ＱＡＭ変調波の理想的な受信信号Ｙｏの信号点配置において、受信信号Ｙと一番近い信号点を求め、この信号点に該当する入力データＸ１，Ｘ２を直に求めてもよい（請求項３に対応）。
【００５９】
なお、この場合も、変調波利得の大きな入力データＸ１を先に決定し、その入力データＸ１から信号点の存在範囲（図９中のＡ）を限定した上で、さらに受信信号Ｙと一番近い信号点を求めて、残りの入力データＸ２を決定してもよい。このような段階的処理によって、入力データＸ２の復調にかかる演算量を軽減することができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、トレーニング動作により、合成前のＱＡＭ値を決定している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。トレーニング動作において、合成前の利得差、合成前の位相差などを決定してもよい。なお、これらのパラメータはいずれも、多重ＱＡＭ変調波の信号点距離が受信後に適切に確保できるように決定すればよい。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、トレーニング動作において伝送路のノイズレベルを検出し、そのノイズレベルからＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２のＳ／Ｎを求めている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トレーニング動作においてＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ伝送して、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の各Ｓ／Ｎを直に求めてもよい。また、トレーニング動作において、利得多重したＱＡＭ変調波を伝送して、利得多重したＱＡＭ変調波のＳ／Ｎを求めてもよい。さらに、利得多重したＱＡＭ変調波のＳ／Ｎに基づいて、分離後のＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２のＳ／Ｎを求めてもよい。また、トレーニング動作において、従来通りのＱＡＭ変調波を伝送してＳ／Ｎを求め、このＳ／ＮとＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の送信出力とに基づいて、ＱＡＭ変調波Ｍ１，Ｍ２の各Ｓ／Ｎを算出してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の変調技術〜第４の変調技術の多重ＱＡＭ変調装置は、搬送波周波数の等しい複数のＱＡＭ変調波を利得差を与えて合成することにより、信号点の分離可能な多重ＱＡＭ変調波を生成する。この多重ＱＡＭ変調波は、シングルキャリアの特徴を有するため、限られた周波数帯域を効率的に利用しつつ、利得差による多値化を実現できるという点で優れている。
また、この多重ＱＡＭ変調波は、合成前の利得差、合成前の信号点配置、合成前の位相差などを調整することによって、種々多様な信号点配置を容易に実現できるという点で非常に優れている。
【００６３】
（請求項１）
請求項１の多重ＱＡＭ復調装置では、伝送路の伝搬によって生じる信号点の分散に基づいて、受信信号が各信号点に該当する確率を求める。これら各信号点の確率と、各信号点が示す入力データの値とを積和演算することにより、各入力データの期待値を算出することができる。これら期待値に基づいて推定される入力データを決定する。このような動作により、利得差多重された入力データを的確に分離して、復調することが可能になる。
【００６４】
（請求項２）
請求項２の多重ＱＡＭ復調装置では、大きな変調波利得で多重された入力データの推定を先に実施する。大きな変調波利得で多重された入力データに該当する信号点の群は、ＩＱコンスタレーション上において局所的に集中する（例えば、図７［Ａ］参照）。したがって、このような入力データについて先に推定を行うことにより、先に高精度な復調結果を部分的に得ることができる。
一方、残りの入力データは、変調波利得の大きな入力データによって信号点の位置が振られるため、その入力データに該当する信号点が拡散する（例えば、図７［Ｂ］参照）。しかしながら、先に推定した『変調波利得の大きな入力データ』によって、信号点の存在可能な範囲を予め狭く限定することができる。このような信号点の限定により、残りの入力データについても的確に推定することが可能になり、一段と正確な復調結果を得ることができる。
【００６５】
（請求項３）
請求項３の多重ＱＡＭ復調装置では、多重ＱＡＭ変調波の信号点配置と伝送路の特性に基づいて受信信号の各信号点の位置を予め推測しておく。この推測した各信号点と、多重ＱＡＭ変調波の信号点との距離に基づいて、最も可能性の高い信号点を決定することによって、多重ＱＡＭ変調波を復調する。このような復調方式では、受信信号の信号点の位置を予め推測して決定しておくことにより、受信信号の信号点と一番近い推測信号点を比較決定するだけで、即座に受信信号の信号点を特定することができる。したがって、多重ＱＡＭ変調波を、少ない演算量で迅速に復調することが可能になる。
【００６６】
（請求項４）
請求項４の多重ＱＡＭ復調装置は、イニシャライゼーション期間中のトレーニングにより、多重ＱＡＭ変調波のパラメータ（利得差多重するＱＡＭ変調波のＱＡＭ値、ＱＡＭ変調波間の利得差、およびＱＡＭ変調波間の位相差の少なくとも一つ）を決定する。
上述したように、多重ＱＡＭ変調波の信号点配置は自由度が非常に高い。したがって、上記したパラメータのトレーニングでは、多種多様な信号点配置を選ぶことが可能であり、広い選択肢の中から伝送路の状態に一段と適した信号点配置を設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多重ＱＡＭ変調波の合成例を示す図である。
【図２】別の合成例を示す図である。
【図３】別の合成例を示す図である。
【図４】本実施形態における多重ＱＡＭ変調装置１１の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態における多重ＱＡＭ復調装置２１の構成を示すブロック図である。
【図６】条件付き確率の計算を説明する図である。
【図７】期待値の計算を説明する図である。
【図８】トレーニング動作の手順を示す流れ図である。
【図９】別の復調プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１１ 多重ＱＡＭ変調装置
１２ａ，１２ｂ ＱＡＭ変調部
１３ａ，１３ｂ 利得調整部
１４ 加算部
１５ 周波数多重部
２１ 多重ＱＡＭ復調装置
２２ 等価部
２３ 確率演算部
２４ メモリ
２５ａ，２５ｂ 期待値演算部
２６ａ，２６ｂ 入力データ推定部
２７ トレーニング部
Claims (4)
- 複数の入力データを、共通の搬送波周波数でそれぞれＱＡＭ変調（ Quadrature Amplitude Modulation ）して、複数のＱＡＭ変調波を生成するＱＡＭ変調部と、複数の前記ＱＡＭ変調波を合成して、多重ＱＡＭ変調波を生成する変調波合成部とを備える多重ＱＡＭ変調装置から伝送される前記多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の前記入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、
伝送路による信号点の分散に基づいて、前記受信信号が各信号点に該当する確率を求める確率演算部と、
前記受信信号が各信号点に該当する確率に基づいて、利得差多重された複数の前記入力データごとに期待値を算出し、前記入力データの前記期待値に基づいて前記入力データを推定する復調部と
を備えたことを特徴とする多重ＱＡＭ復調装置。 - 請求項１に記載の多重ＱＡＭ復調装置において、
前記復調部は、
大きな変調波利得で多重された前記入力データの推定を先に実施し、推定した入力データからありえない信号点を除いて、残りの入力データの推定を実施する
ことを特徴とする多重ＱＡＭ復調装置。 - 複数の入力データを、共通の搬送波周波数でそれぞれＱＡＭ変調（ Quadrature Amplitude Modulation ）して、複数のＱＡＭ変調波を生成するＱＡＭ変調部と、複数の前記ＱＡＭ変調波を合成して、多重ＱＡＭ変調波を生成する変調波合成部とを備える多重ＱＡＭ変調装置から伝送される前記多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の前記入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、
前記多重ＱＡＭ変調波の信号点配置と伝送路の特性とに基づいて、受信後の前記多重ＱＡＭ変調波に現れる各信号点を推測し、推測した各信号点と前記受信信号の信号点との距離に基づいて、最も可能性の高い信号点を特定し、特定した信号点から複数の前記入力データを求める
ことを特徴とする多重ＱＡＭ復調装置。 - 複数の入力データを、共通の搬送波周波数でそれぞれＱＡＭ変調（ Quadrature Amplitude Modulation ）して、複数のＱＡＭ変調波を生成するＱＡＭ変調部と、複数の前記ＱＡＭ変調波を合成して、多重ＱＡＭ変調波を生成する変調波合成部とを備える多重ＱＡＭ変調装置から伝送される前記多重ＱＡＭ変調波の受信信号を復調して、利得差多重された複数の前記入力データを求める多重ＱＡＭ復調装置であって、
信号伝送のイニシャライゼーション期間中に前記多重ＱＡＭ変調装置から伝送される規定のトレーニング信号を受信し、前記トレーニング信号に基づいて前記多重ＱＡＭ変調波の信号間距離が受信後に確保できるよう、前記多重ＱＡＭ変調装置側との間で、前記多重ＱＡＭ変調波に利得差多重される各ＱＡＭ変調波のＱＡＭ値、前記ＱＡＭ変調波間の利得差、および前記ＱＡＭ変調波間の位相差の少なくとも一つのパラメータを決定するトレーニング部を備えた
ことを特徴とする多重ＱＡＭ復調装置。
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