JP4252404B2 - デジタル無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信するデジタル無線通信装置に関し、特に、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ：Adjacent Channel Power Ratio）を改善することができる技術に関する。

デジタル無線通信装置は、移動体無線通信等の種々な無線通信システムに利用されており、例えば、地域住民への行政情報を無線によって提供する市町村デジタル同報通信システムの無線局装置としても利用されている。
このようなデジタル無線通信の送信処理では、制御用物理チャネル、通信用物理チャネル、同期バースト等のバースト送信を行う際に、変調信号をそのまま送信すると、信号の不連続性によって送信帯域が拡大してしまうため、信号フレームの先頭及び後尾に冗長部として復調不要な信号区間を設け、当該区間の信号に立ち上げ特性や立ち下げ特性を規定する窓係数を乗算して、緩やかに振幅成分を変化させることにより送信帯域の拡大を抑制している。

従来のデジタル無線装置の送信処理部の構成を示す図４、送信信号のフレーム構成の一例を示す図５、窓係数の一例を示す図６、振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式の一例としての１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のマッチング例を示す図７を参照して、従来のバースト送信処理を説明する。
データ入力端子４１から入力された送信データは入力バッファ４２に一時的に保持され、当該入力バッファ４２に１フレーム分の送信データが蓄積された時点で、当該送信データをフレーム構成する処理をフレーム構成処理部４３が行う。

送信フレームは、図５に示すように、データ部の前にバースト過渡応答用ランプ区間（Ｒ）を隣接して設け、データ部の後にガード区間（Ｇ）を隣接して設けた構成であり、フレーム構成処理部４３はこのようなフレームのデータ部に送信データを載せた送信フレームを構成する。なお、図５に示すように、例示のフレーム構成では、４ビットを１シンボルとして、Ｒ区間は４シンボル、データ部区間は１４１シンボル、Ｇ区間は５シンボルとなっている。

また、固定データ格納部４４には予め固定データが格納されており、フレーム構成処理部４３はＲ区間とＧ区間とにそれぞれ固定データ格納部４４に格納されている固定データを載せる処理を行う。ここで、Ｒ区間とＧ区間とは復調を必要としないため全ビット値を“０”としたシンボルデータが固定データとして用いられている。
このようにしてフレーム構成処理部４３により、データ部には送信データが載せられ、Ｒ区間とＧ区間とにはそれぞれ固定データが載せられて構成された送信フレームは出力バッファ４５に一時的に格納される。

そして、マッピング部４６が出力バッファ４５に格納された送信フレームを読み出して、当該送信フレームに対して図７に示すようなマッピングパターンに従った１６ＱＡＭ変調を施す。マッピング部４６は、変調処理により生じる複素包絡線信号の同相成分を送信フィルタ４７―１へ出力し、直交成分を送信フィルタ４７―２へ出力する。
送信フィルタ４７―１では入力された同相成分信号に帯域制限するフィルタ処理を施し、窓係数乗算処理部４８―１へ出力する。また、送信フィルタ４７―２では入力された直交成分信号に帯域制限するフィルタ処理を施し、窓係数乗算処理部４８―２へ出力する

窓係数乗算処理部４８―１及び４８―２では、それぞれ入力された信号に窓係数を乗算する処理を行って、それぞれ送信信号成分として出力端子４９―１及び４９―２へ出力する。
窓係数は図６に例示するような係数値“０”〜“１”の間の時間変化値である。 したがって、窓係数乗算処理部４８―１及び４８―２による乗算処理では、送信フレームのデータ部には係数値“１”が乗算され、Ｒ区間には時間とともに増加する係数値が乗算されて立ち上げ特性が付与され、Ｇ区間には時間とともに減少する係数値が乗算されて立ち下げ特性が付与され、これによって、緩やかに振幅成分を変化させて送信帯域の拡大を抑制している。なお、本例では、Ｇ区間の最後尾の１シンボルに対応する窓係数値は“０”としている。
特開２００３―６９６５７号公報 「市町村デジタル同報通信システム 推奨規格（案）」財団法人電波産業会 平成１５年３月

１６ＱＡＭのように振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式によりバースト送信を行う際に、上記のように窓係数の乗算処理を行うことで送信帯域の拡大を抑制することができるが、この反面、抑制残が発生してＡＣＰＲが劣化してしまうという課題があった。

本発明に係るデジタル無線通信装置では、データ部の前後にＲ区間やＧ区間といった冗長部をそれぞれ設けた信号フレームを変調してバースト送信する処理において、フレーム構成処理部がデータ部の前側に隣接する冗長部には当該データの先頭部のシンボルデータをコピーするとともにデータ部の後側に隣接する冗長部には当該データの尾部のシンボルデータをコピーして信号フレームを構成し、変調部が 構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調し、窓係数乗算部が変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する。

したがって、データ部の先頭部と前側冗長部（上記例では、Ｒ区間）の隣接部とのシンボルデータが同じとなるとともに、データ部の尾部と後側冗長部（上記例では、Ｇ区間）の隣接部とのシンボルデータが同じとなり、これによって、変調による信号点のマッピング点が同じとなって、送信信号の振幅変動が抑制されてＡＣＰＲが改善される。
なお、この発明では、データ部のシンボルデータをコピーして設定する部分は、少なくとも、前側冗長部のデータ部に隣接する部分（後尾部分）と、後側冗長部のデータ部に隣接する部分（先頭部分）とであればよいが、使用する窓係数の特性等によっては、前側冗長部と後側冗長部との全域に亘ってデータ部のシンボルデータをコピーして設定することも可能である。

また、本発明に係るデジタル無線通信装置では、データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信する処理において、フレーム構成処理部が信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータをデータ部の前後の冗長部に設定して信号フレームを構成し、変調部が構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調し、窓係数乗算部が変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する。

上記抑制残によるＡＣＰＲ劣化は、窓係数の乗算により立ち上げ特性や立ち下げ特性を与えた区間の信号エネルギーに依存するので、窓係数の乗算効果が顕著となる前側冗長部（上記例では、Ｒ区間）と後側冗長部（上記例では、Ｇ区間）の信号エネルギーを小さく抑えることにより、ＡＣＰＲが改善される。
なお、信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータは変調方式に応じて決定されるのもである。また、この発明では、信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータを設定する部分は、窓係数による立ち上げ特性や立ち下げ特性の影響が大きい、少なくとも、前側冗長部の先頭部分と、後側冗長部の後尾部分とであればよいが、使用する窓係数の特性等によっては、前側冗長部と後側冗長部との全域に亘って設定することも可能である。

また、本発明に係るデジタル無線通信装置では、データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信する処理において、フレーム構成処理部が、データ部の前側に隣接する冗長部の先頭部には信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータを設定するとともに当該冗長部の尾部にはデータの先頭部のシンボルデータをコピーして設定し、データ部の後側に隣接する冗長部の先頭部には当該データの尾部のシンボルデータをコピーして設定するとともに当該冗長部の尾部には信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータを設定し、変調部が構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調し、窓係数乗算部が変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する。

したがって、この発明は上記２つの発明をそれぞれの利点を巧みに利用して組み合わせたものであり、前側冗長部（上記例では、Ｒ区間）を先頭部と尾部とに分けて、当該先頭部には信号エネルギーが最小となるようなシンボルデータを設定し、当該尾部には隣接するデータ部と同じシンボルデータを設定し、また、後側冗長部（上記例では、Ｇ区間）を先頭部と尾部とに分けて、当該先頭部には隣接するデータ部と同じシンボルデータを設定し、当該尾部には信号エネルギーが最小となるようなシンボルデータを設定し、これによって、効果的にＡＣＰＲを改善している。

本発明によると、データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信するデジタル無線通信装置において、窓係数の乗算処理による送信帯域の拡大を抑制する効果を得るとともに、ＡＣＰＲの劣化を防止することができる。

本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明する。
なお、本実施形態は、図５に示したフレーム構成で、図６に示した窓係数を乗算処理し、図７に示したマッピングパターンの１６ＱＡＭ変調を行うものとし、図２に示す本実施形態のデジタル無線通信装置には図４に示した従来例と同様な部分には同一符号を付してある。

本実施形態のデジタル無線通信装置は、図１に示すような市町村デジタル同報通信システムの無線局装置として実現される。
市町村デジタル同報通信システムは、無線局装置として、親局１、中継局２、子局３を備えており、市町村の広報センタ等に設置される親局１から無線送信される報知情報を、必要な中継局２を介して、屋外や施設屋内に設置される複数の子局３に受信させて、これら子局３から地域住民に報知情報を出力するシステムである。

これら無線局装置では、図５に示すように送信データをデータ部に載せた送信フレームを構成して１６ＱＡＭ変調し、更に、窓係数の乗算処理を行ってバースト送信しており、本実施形態では、この送信フレームの構成処理において送信フレームのＲ区間及びＧ区間に対する下記のような特徴的な処理を実施している。

図４に示す本実施形態に係るデジタル無線通信装置の特徴的な構成を説明すると、フレーム構成処理部４３の一部としてデータコピー処理部２１が設けられており、また、固定データ格納部４４には１６ＱＡＭ変調により信号エネルギーが最小となるマッピング点に変調されるシンボルデータが固定データとして予め格納されている。

ここで、図７のマッピングパターンから判るように、１６ＱＡＭ変調の結果を信号エネルギー毎のマッピング点で分類すると、最大エネルギーとなる信号点群は“００００”、“００１０”、“１０００”、“１０１０”であり、最小エネルギーとなる信号点群は“０１０１”、“０１１１”、“１１０１”、“１１１１”であり、これらの中間のエネルギーとなる信号点群は“０００１”、“００１１”、“０１００”、“０１１０”、“１１００”、“１１１０”、“１００１”、“１０１１”であり、これら４ビット構成のシンボルデータの値に応じてマッチング点が異なる。

窓係数の乗算処理によるＡＣＰＲ劣化は抑制残の影響であり、この抑制残は立ち上げ及び立ち下げ処理を行った区間の信号エネルギー及び周波数成分に依存する。
したがって、上記従来例のようにＲ区間及びＧ区間の全ての固定データを“００００”のシンボルデータに設定する場合には、例えば“１１１１”とした場合に較べて、信号エネルギーが最大となって抑制残がかなり大きくなり、ＡＣＰＲがかなり劣化してしまう。
このような観点から、本実施形態では、固定データとして“１１１１”のシンボルデータを格納している。なお、最小エネルギーとなる“０１０１”又は“０１１１”又は“１１０１”としても勿論よい。

また、Ｒ区間及びＧ区間の信号から帯域外の周波数成分の発生を抑えてＡＣＰＲ劣化を防止するためには、Ｒ区間からデータ区間、及び、データ区間からＧ区間への信号振幅の変化が少ない方が良い。このためには、Ｒ区間からデータ区間、及び、データ区間からＧ区間が同じマッピング点となる必要がある。
すなわち、Ｒ区間からデータ区間、及び、データ区間からＧ区間が同じシンボルデータとなるようにすればよい。

本実施形態では、上記２つの観点を融合させて、図３に示すように、４シンボルのＲ区間及び５シンボルのＧ区間に対して、Ｒ区間の先頭部２シンボル分（同部中の横線ハッチング部）及びＧ区間の尾部３シンボル分（同部中の横線ハッチング部）をそれぞれ最小エネルギーとなるシンボルデータ“１１１１”に設定し、また、Ｒ区間の尾部２シンボル分（同部中の斜線ハッチング部）をそれぞれデータ部の先頭の１シンボルデータに設定するとともにＧ区間の先頭部２シンボル分（同部中の斜線ハッチング部）をそれぞれデータ部の最後尾の１シンボルデータに設定するフレーム構成処理を行い、Ｒ区間及びＧ区間において、窓係数が大きい区間では信号振幅変化を緩やかにし、窓係数が小さい区間では信号エネルギーを小さくする処理を行う。

なお、本実施形態では、Ｒ区間は２シンボル分ずつ、Ｇ区間は２シンボル分と３シンボル分とに分けて上記のシンボルデータを設定しているが、Ｒ区間とＧ区間とを幾シンボル分で分けるかは任意に選択することである。
また、最小エネルギーとなるシンボルデータの設定と、データ部のシンボルデータのコピー設定とは、上記のようにそれぞれにＡＣＰＲ劣化を抑制する効果があり、本発明では、これらいずれか一方を採用するようにしてもよい。

上記構成のデジタル無線通信装置によると次のようなバースト送信処理がなされる。
データ入力端子４１から入力された送信データは入力バッファ４２に一時的に保持され、当該入力バッファ４２に１フレーム分の送信データが蓄積された時点で、当該送信データを図５に示すように送信フレームに構成する処理をフレーム構成処理部４３が行う。

フレーム構成処理部４３が、送信データをデータ部に載せるとともに、Ｒ区間の先頭２シンボル部とＧ区間の尾部３シンボル部とに固定データ格納部４４に格納されている最小エネルギーとなるシンボルデータ“１１１１”をそれぞれ載せる処理を行い、また、データコピー処理部２１が、送信データの先頭部の１シンボルデータをコピーしてＲ区間の尾部２シンボル部にそれぞれ載せるとともに、送信データの最後尾の１シンボルデータをコピーしてＧ区間の先頭２シンボル部にそれぞれ載せる処理を行って、送信フレームを構成する。
このようにして構成された送信フレームは出力バッファ４５に一時的に格納される。

そして、マッピング部４６が出力バッファ４５に格納された送信フレームを読み出して、当該送信フレームに対して図７に示すようなマッピングパターンに従った１６ＱＡＭ変調を施す。マッピング部４６は、変調処理により生じる複素包絡線信号の同相成分を送信フィルタ４７―１へ出力し、直交成分を送信フィルタ４７―２へ出力する。
送信フィルタ４７―１では入力された同相成分信号に帯域制限するフィルタ処理を施し、窓係数乗算処理部４８―１へ出力する。また、送信フィルタ４７―２では入力された直交成分信号に帯域制限するフィルタ処理を施し、窓係数乗算処理部４８―２へ出力する

窓係数乗算処理部４８―１及び４８―２では、それぞれ入力された信号に窓係数を乗算する処理を行って、それぞれ送信信号成分として出力端子４９―１及び４９―２へ出力する。
窓係数は図６に例示するような係数値“０”〜“１”の間の時間変化値であり、窓係数乗算処理によりＲ区間には立ち上げ特性が付与されるとともにＧ区間には立ち下げ特性が付与され、これによって、緩やかに振幅成分を変化させて送信帯域の拡大が抑制される。しかも、上記のようにＲ区間及びＧ区間において、窓係数が大きい区間では信号振幅変化を緩やかにし、窓係数が小さい区間では信号エネルギーを小さくするシンボルデータが設定されていることから、抑制残が抑制されてＡＣＰＲ劣化が防止される。

本発明の一実施形態に係る市町村デジタル同報通信システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係るデジタル無線通信装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係る送信フレーム構成を説明する図である。 従来例に係るデジタル無線通信装置の構成図である。 送信フレームの一構成例を説明する図である。 窓係数の一例を説明する図である。 マッチングパターンの一例を説明する図である。

符号の説明

２１：データコピー処理部、
４３：フレーム構成処理部、
４４：固定データ格納部、
４６：マッピング部（変調部）、
４８―１、４８―２：窓係数乗算部、

Claims (3)

1. データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを変調してバースト送信するデジタル無線通信装置において、
   データ部の前側に隣接する冗長部には当該データの先頭部のシンボルデータをコピーするとともにデータ部の後側に隣接する冗長部には当該データの尾部のシンボルデータをコピーして信号フレームを構成するフレーム構成処理部と、
   構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調する変調部と、
   変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する窓係数乗算部と、
   を備えることを特徴とするデジタル無線通信装置。
2. データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信するデジタル無線通信装置において、
   信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータをデータ部の前後の冗長部に設定して信号フレームを構成するフレーム構成処理部と、
   構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調する変調部と、
   変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する窓係数乗算部と、
   を備えることを特徴とするデジタル無線通信装置。
3. データ部の前後にそれぞれ冗長部を設けた信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調してバースト送信するデジタル無線通信装置において、
   データ部の前側に隣接する冗長部の先頭部には信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータを設定するとともに当該冗長部の尾部にはデータの先頭部のシンボルデータをコピーして設定し、データ部の後側に隣接する冗長部の先頭部には当該データの尾部のシンボルデータをコピーして設定するとともに当該冗長部の尾部には信号エネルギーが最小となる信号点に変調されるシンボルデータを設定して信号フレームを構成するフレーム構成処理部と、
   構成された信号フレームを振幅成分が異なる信号点を持つ変調方式で変調する変調部と、
   変調された信号フレームのデータ部の前側の冗長部区間には立ち上げ特性の窓係数を乗算するとともにデータ部の後側の冗長部区間には立ち下げ特性の窓係数を乗算する窓係数乗算部と、
   を備えることを特徴とするデジタル無線通信装置。

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