JP5010970B2 - Ofdm通信装置および適応速度制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、データを送信する前に、既知のデータであるトレーニング信号を送信して、受信側において、トレーニング信号に係る符号誤り率や受信電力強度やS/N比を測定する。そして、それらの結果を送信側に返信して、送信側では、返信された測定結果に基づいて、キャリア毎あるいは複数のキャリア単位で通信速度を変更する方法が開示されている。(特許文献1参照)
本発明の実施形態に係るOFDM通信装置のハードウェア構成について、図1を用いて説明する。図1は、OFDM通信装置1のハードウェア構成を示す図である。
OFDM通信装置1は、図1に示すように、処理部10、入出力部20および記憶部30によって構成される。
次に、本発明の実施形態に係るOFDM通信装置1の機能について、図2を用いて説明する。図2は、OFDM通信装置1を機能展開して示した図である。
OFDM通信装置1は、図2に示すように、処理部10、入出力部20および記憶部30によって構成される。
ヘッダ生成部102は、発信元のアドレス、送信先のアドレスおよび変調方式の種類(速度)などに係るヘッダ情報を生成する。
マッパ部103は、速度電力制御部117によって決められた変調方式を用いて、送信するデータをIQ座標(直交座標)の値(IQデータ)に変換する。
IFFT部104は、マッパ部103によって変換されたIQデータを逆フーリエ変換し、時間信号に変換する。
GI付加部105は、IFFT部104によって変換された信号(シンボル)と次の信号(シンボル)の間に、ガードインターバル区間の信号を付加する。例えば、無線伝送路においては、直接波だけでなくマルチパスによる間接波が重畳して受信されるときに、このガードインターバルを付加した効果が顕著に現れる。すなわち、ガードインターバルが付加されているため、間接波が遅延して直接波に重畳しても、前後の信号(シンボル)が混ざり合うことがなく、正しく復調することが可能となる。
GI除去部113は、ガードインターバルの区間を信号から除去する。
FFT部114は、信号をIQデータに変換する。
デマッパ部115は、速度電力制御部117によって決められた変調方式を用いて、FFT部114が算出したIQデータを、ディジタル信号(受信データ)に変換する。
ヘッダ解析部116は、受信データに格納されているヘッダを抽出する。
次に、OFDM通信装置1における処理の流れについて、図3、図4を用いて説明する。図3は、OFDM通信装置1における信号の送受信を示す図である。図4は、OFDM通信装置(送信側)1aにおける処理の流れを示す図である。
なお、送信側1aと受信側1bの間の通信路は、時々刻々と通信路の品質を変化させていると想定されるため、受信側1bでは、受信した送信信号44の受信正否を判定して、Ack信号45にその受信正否情報を格納して返信することによって、通信路の品質を送信側1aに伝達している。
まず、図4を用いて、OFDM通信装置(送信側)1aの処理の流れについて説明する。図4は、OFDM通信装置(送信側)1aの処理の流れを示す図である。
送信データ40は、一旦、バッファメモリ(不図示)に記憶され、処理が開始される。まず、同期信号生成部101が、記憶部30(図2参照)から既に作成済の同期信号を読み出す。そして、その同期信号は、DA変換器106を介してアナログ信号に変換され、バッファメモリ(不図示)に蓄積された後、送信増幅器107によって信号レベルが調整されて通信路70へ出力される。なお、同期信号は、同期信号生成部101が新たに生成してもかまわない。
次に、ヘッダ生成部102が、送信データ40のヘッダ情報(例えば、発信元のアドレスや送信先のアドレス)を抽出し、さらに、速度電力制御部117によって決定された速度設定情報51、すなわち変調方式の種類(速度)に係る情報を付加して、ヘッダを生成する。そして、マッパ部103は、ヘッダをIQ座標(直交座標)の値(IQデータ)に変換する。ヘッダに対しては、マッパ部103は、2ビット変調するQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)によって、すべてのキャリアを変調する。そして、IFFT部104によって、IQデータは逆フーリエ変換され、GI付加部105によって、ガードインターバルを付加され、DA変換器106によってDA変換され、バッファメモリ(不図示)に蓄積された後、送信増幅器107によって信号レベルが調整されて、通信路70へ送出される。
次に、送信データ40に対する処理は、ヘッダに対する処理とほぼ同じである。異なる点は、マッパ部103において、速度電力制御部117によって決定された変調方式によって適応的に変調されることである。
なお、信号レベルの調整は、速度電力制御部117によって決められた送信電力強度情報55に基づいて行われる。そして、信号レベルの調整は、マッパ部103および送信増幅器107において行われる。
図5には、例として、キャリア数が32の場合に、キャリア数が8を単位としてグループ化したブロックを4つ備えた場合を示している。本発明の実施形態では、ブロック単位で、変調方式を定めている。すなわち、ブロック毎に、キャリアは、同じ変調方式によって変調される。
変調方式には、2ビット変調するQPSK、4ビット変調する16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、6ビット変調する64QAMなどがある。
そして、使用する変調方式は、ブロック単位で、速度電力制御部117によって決定され、速度設定情報51として出力される。
繰り返しになるが、ヘッダに関しては、すべてのブロックに対してQPSKが変調方式として用いられ、送信データ40に対しては、ブロック毎に割り当てられた変調方式が用いられる。
なお、速度電力制御部117における変調方式の決定方法については、後述する。
フレームに格納される順番は、同期301、ヘッダ部302(302a,302b)およびデータ部303(303a,303b,・・303n)である。ここで、同期301、ヘッダa(302a)、ヘッダb(302b)、データa(303a)、データb(303b)、・・データn(303n)は、それぞれOFDMシンボルと呼ばれる単位を表している。
なお、図6では、ヘッダ部302を、OFDMシンボルが2つの場合について示している。しかし、ヘッダ部302は、一つのOFDMシンボルにヘッダ情報がすべて収納できる場合には、ヘッダa(302a)だけであってもよい。また、ヘッダ情報が3以上のOFDMシンボルに収納されてもよい。
なお、請求項に記載の「予め定められた位置に該当する」は、本発明の実施形態においては、ヘッダ部302に相当する。すなわち、同期301の後に格納されるヘッダ部302に対して、すべてのブロックに対してQPSKが変調方式として用いられることが、予め定められている。仮に、データ部303において、「予め定められた位置に該当する」OFDMシンボルを予め定める場合には、その「予め定められた位置」を、記憶部30に記憶しておき、記憶部30から「予め定められた位置」を読み出して、該当する位置を処理部10において判定してもよい。
図7において、ヘッダ部302には、送信データ40から読み取られた発信元アドレス311と送信先アドレス312が格納される。次に、速度電力制御部117によって定められた変調方式(速度)である、データ部の速度設定情報313が格納される。その次には、データ部の速度設定情報313以外の送信電力強度などの通信制御情報314が格納される。そして、フレームの最後には、ブロック単位で誤り検出を行うために、CRC(Cyclic Redundancy Check)符号315が格納される。ただし、誤り検出が行えれば、他の誤り検出符号を用いてもかまわない。
次に、受信したAck信号に対する処理について、図8、図9を用いて説明する。図8は、Ack信号45(図3参照)のフレーム形式の例を示す図である。図9は、Ack信号45のヘッダ402のフレーム形式の例を示す図である。
Ack信号45のフレーム形式は、図8に示すように、同期401とヘッダ402によって構成される。
ヘッダ402に格納される情報は、図9に示すように、発信元アドレス411、送信先アドレス412、データ部の速度設定情報413、ヘッダ部のブロック毎の受信正否情報414、データ部の受信正否情報415およびCRC符号416である。なお、ヘッダ部のブロック毎の受信正否情報414およびデータ部の受信正否情報415は、ヘッダ解析部116(図4参照)によって抽出される。
また、データ部の受信正否情報415は、データ部302(図6参照)が正しく受信されたか否かを表す。もし、データ部303が正しく受信されていない場合には、送信側1aから再送することで、通信の信頼性を確保する。
速度電力制御部117では、受信正否情報52が所定の個数(または、所定の期間)について累積されて、最終的には速度設定情報51を決定することになるが、詳細については後述する。
まず、送信信号44(図3参照)を受信したときの処理について、図10を用いて説明する(適宜図6,7,9参照)。
通信路70を介して受信された送信信号44(図3参照)は、受信増幅器110によって、信号レベルが調整される。そして、一旦、バッファメモリ(不図示)に蓄積される。その際、図6に示すようにデータ部303を有することが検出されるため、Ack信号45ではないことが判別される。
受信増幅器110によってレベル調整された信号は、AD変換器111によってディジタル信号に変換され、同期信号除去部112によって同期信号が除去され、GI除去部113によってガードインターバルが除去される。そして、FFT部114において、フーリエ変換によって、IQ座標(直交座標)の値(IQデータ)に変換される。そして、デマッパ部115によって、IQデータが変換されて、バッファメモリ(不図示)に蓄積され、受信データ41として取得される。
また、IQデータ情報53は、受信電力強度の演算に使用するために、速度電力制御部117に送信される。
また、デマッパ部115においては、ヘッダ部302に対する変調方式はQPSKと定められているため、すべてのブロック(キャリア)に対して、QPSKにより復調される。一方、データ部303に対しては、ヘッダ解析部116によって抽出されたデータ部の速度設定情報313が、速度電力制御部117に送信される。その後、速度電力制御部117から、速度設定情報51として、デマッパ部115に送信され、データ部303の復調のために用いられる。
また、ヘッダ解析部116では、CRC符号315を用いて、ヘッダ部302に対して、ブロック単位で誤り検出を行い、受信したヘッダ部302の情報に誤りが有るか無いかの検出を行う。例えば、誤りが検出されない場合には、ビットを立てず(ビットを0にし)、誤りが検出された場合には、ビットを立てて(ビットを1にして)、受信正否情報52として、ヘッダ生成部102に送信する。そして、その受信正否情報52は、Ack信号45(図8参照)のヘッダ402に、ヘッダ部のブロック毎の受信正否情報414として、格納される。
さらに、処理部10では、データ部303の最後に付加されたCRC符号(不図示)を用いて、データ部303の符号誤り検出を行い、受信したデータ部303の情報に誤りが有るか無いかの検出を行う。例えば、誤りが検出されない場合には、ビットを立てず(ビットを0にし)、誤りが検出された場合には、ビットを立てて(ビットを1にして)、受信正否情報52として、ヘッダ生成部102に送信する。そして、その受信正否情報52は、Ack信号45のヘッダ402に、データ部の受信正否情報415として、格納される。
Ack信号45(図3参照)を生成する処理について、図10を用いて説明する(適宜図8,9参照)。図10は、OFDM通信装置(受信側)1bの処理の流れを示す図である。
Ack信号45は、図8に示すようなフレーム形式であり、同期401とヘッダ402のみから構成される。
まず、前述の受信処理において、受信データ41がバッファメモリ(不図示)に蓄積されると、同期信号生成部101が、記憶部30(図2参照)から既に作成済の同期信号を読み出す。そして、その同期信号は、DA変換器106を介してアナログ信号に変換され、バッファメモリ(不図示)に蓄積され、送信増幅器107によって信号レベルが調整されて伝送路70へ出力される。なお、同期信号は、同期信号生成部101が新たに生成してもかまわない。
次に、ヘッダ生成部102は、ヘッダ解析部116によって受信データ41から抽出された発信元アドレス411と送信先アドレス412をアドレス情報56として取得し、速度電力制御部117からデータ部の速度設定情報413を取得し、ヘッダ解析部116からヘッダ部のブロック毎の受信正否情報414とデータ部の受信正否情報415を受信正否情報52として取得し、さらに、CRC符号416を付加して、ヘッダ402を生成する。そして、マッパ部103ではQPSKによってIQ座標(直交座標)の値(IQデータ)に変換される。そして、それ以降の処理である、IFFT部104、GI付加部105、DA変換器106および送信増幅器107における処理は、前述の送信側における送信信号44の送出処理と同様であるので、説明を省略する。
まず、送信側1aにおけるヘッダ解析部116の処理について、図4を用いて説明する(適宜図9参照)。
ヘッダ解析部116は、Ack信号45(図8参照)に格納されているヘッダ402を抽出する。そして、抽出したヘッダ部のブロック毎の受信正否情報414に関しては、CRC符号を用いて、ブロック毎に受信正(誤りが検出されず正しく受信)と受信否(誤りが検出された)を判定し、受信正否情報52として、速度電力制御部117に送信する。
ヘッダ解析部116は、送信信号44(図6参照)に格納されているヘッダ部302を抽出する。そして、発信元アドレス311と送信先アドレス312は、Ack信号45(図8参照)に格納するために、アドレス情報56としてヘッダ生成部102に送信される。また、データ部の速度設定情報313は、速度設定情報51として、速度電力制御部117に送信され、デマッパ部115における復調に使用される。さらに、ヘッダ解析部116は、CRC符号315を用いて、ブロック毎に誤り検出を実行し、受信正か否かを判定する。その判定結果は、受信正否情報52として、ヘッダ生成部102に送信され、Ack信号45に格納される。
次に、速度電力制御部117の処理について、図11を用いて説明する(適宜図4,10参照)。図11は、速度電力制御部117における速度設定情報51の算出方法を示す図である。
速度電力制御部117は、速度設定情報51を算出するために、ヘッダ解析部116から受信正否情報52、FFT部114からIQデータ情報53、および受信増幅器110から受信ゲイン情報54を取得する。
受信正否情報52はブロック毎のBER(Bit Error Rate)計算部611に入力される。そして、所定の個数(または、所定の期間)の受信正否情報52が入力されると、受信正の数(正しく受信した数)と受信否の数(誤り検出された数)とが別個にブロック毎に累積され、記憶部30に記憶され、受信否の数を入力された受信正否情報52の合計数で除算することによって、ブロック毎のBERが計算される。なお、前述した所定の個数(あるいは、所定の期間)は、通信路の品質変化のスパンより短く設定されることが好ましい。
ただし、ここで求められた受信電力強度は、雑音が重畳した信号の電力強度となっている。したがって、受信電力強度算出部613において、S/N比を推定することになる。
例えば、外部からの雑音(通信路において重畳する雑音)が少ないと推測される場合には、IQデータに含まれる雑音(N)は、受信増幅器110やAD変換器111などで発生する雑音が支配的であると考えられる。したがって、この雑音の電力強度は、予め測定しておくことが可能であり、記憶部30に記憶しておく。そして、S/N比の算出の際に、記憶部30から、この雑音の電力強度を読み出して、キャリア毎に、S/N比を推定することが可能となる。
一方、外部からの雑音が大きいと推測される場合には、変調方式とBERとからS/N比を推定する方法(既知の方法)を用いて、S/N比を算出することが可能となる。すなわち、変調方式はQPSKであって、BERはブロック毎のBER計算部611から取得されるので、これらの変調方式とBERとを用いて、S/N比を推定することが可能となる。なお、変調方式とBERとS/N比との関係を関連付けたテーブル、あるいは数式などは、記憶部30に記憶しておく。
このようにして、ブロック毎の最小S/N比算出部614によって、ブロック毎の最小のS/N比が算出される。
このようにして、速度電力制御部117によって、速度設定情報51が生成される。
次に、通信線を用いて、OFDM通信装置間で通信を行う場合に、すべてのブロックを用いて送信するのではなく、送信するブロックを選択して、選択したブロックの数に合わせて、送信電力を制御する方法について、図12と図13を用いて説明する。図12は、通信線に複数のOFDM通信装置が接続されている状態を示す図である。図13の(a)は、すべてのブロックを送信する場合の電力を示す図であり、(b)は一部のブロックを送信する場合の電力を示す図である。
このことを、図12に示すケースで説明する。OFDM通信装置701とOFDM通信装置702の間の距離は、OFDM通信装置701とOFDM通信装置703の間の距離より短い。したがって、OFDM通信装置701とOFDM通信装置702の間では、信号の減衰が少ないのに対して、OFDM通信装置701とOFDM通信装置703の間では、信号の減衰が大きくなる。したがって、OFDM通信装置701が、OFDM通信装置702と通信する場合と、OFDM通信装置703と通信する場合とで、ブロック当たりに対して同じ送信電力で通信したとすると、OFDM通信装置703における受信電力強度は、OFDM通信装置702における受信電力強度より小さくなる。そこで、OFDM通信装置703では、S/N比が小さく(悪く)なって、正常に受信できないことが想定される。
この際、送信するブロック数と送信電力との関係は、送信電力が常に一定となるように関係付けてもよいが、これに限られるものではない。
10 処理部
20 入出力部
30 記憶部
44 送信信号
45 Ack信号
51 速度設定情報
52 受信正否情報
53 IQデータ情報
54 受信ゲイン情報
55 送信電力強度情報
56 アドレス情報
101 同期信号生成部
102 ヘッダ生成部
103 マッパ部
104 IFFT部
105 GI付加部
106 DA変換器
107 送信増幅器
110 受信増幅器
111 AD変換器
112 同期信号除去部
113 GI除去部
114 FFT部
115 デマッパ部
116 ヘッダ解析部
117 速度電力制御部
Claims (4)
- 複数キャリアを周波数軸上に等間隔に配置し、送信データを変調してOFDMシンボルに変換して、先頭に同期信号を配置した後に前記OFDMシンボルを格納して構成されるフレームを用いて通信するOFDM通信装置において、
前記OFDM通信装置は、処理部を備え、
前記処理部は、
前記複数キャリアを、隣接するキャリアを一まとめにしたブロックを単位とする複数のブロックに区分し、
前記ブロックの一つに属するキャリアに対して、同じ変調方式を用いて変調し、
前記フレームに格納される前記OFDMシンボルの位置が、予め定められた位置に該当する場合には、前記送信データに対して、すべてのブロックで同じ変調方式を用いて第1のOFDMシンボルを生成し、
前記第1のOFDMシンボルに対してブロック毎に符号誤り検出が可能なように第1の誤り検出符号を付加し、前記フレームに格納される前記第1のOFDMシンボル以外のOFDMシンボルを示す第2のOFDMシンボルに対しても符号誤り検出が可能なように第2の誤り検出符号を付加し、
前記各誤り検出符号が付加されたフレームを受信したとき、誤り検出を実行し、
前記各誤り検出の結果を通信相手のOFDM通信装置に返信し、
前記通信相手のOFDM通信装置から受信した前記第1の誤り検出符号を用いた誤り検出の結果を予め定めた数または期間に達するまで取得し、誤り検出された数を累積して、取得した前記誤り検出の結果の数で除算して符号誤り率を算出し、
前記符号誤り率と前記第1のOFDMシンボルの変調に用いた変調方式とを用いて、記憶部に記憶されている符号誤り率と変調方式とS/N比との関係を関連付けた情報を参照することによって、第1のS/N比を算出し、
復調前のIQデータから受信電力強度を算出し、前記記憶部に記憶されている予め測定された前記OFDM通信装置の受信系のアナログ雑音の電力強度を読み出して、前記IQデータからの受信電力強度と前記受信系のアナログ雑音の電力強度との比を算出することによって、第2のS/N比を算出し、
前記第1のS/N比と前記第2のS/N比を比較することによって、小さな方のS/N比を決定し、
前記小さな方のS/N比と前記符号誤り率とを用いて、前記記憶部に記憶されている符号誤り率と変調方式とS/N比との関係を関連付けた情報を参照することによって、前記第1のOFDMシンボル以外の前記送信データに対して、前記ブロック毎に変調方式を決定すること、
を特徴とするOFDM通信装置。 - 前記処理部は、
前記第2の誤り検出符号を用いた誤り検出の結果が誤りを検出したことを示している場合、その誤りが検出されたフレームを再送すること、
を特徴とする請求項1に記載のOFDM通信装置。 - 前記処理部は、
送信に使用する1以上の前記ブロックの数を選択し、
記憶部に記憶されている送信するブロック数と送信電力とを関連付けた情報を参照することによって、
送信に使用される前記ブロックに属するキャリアの送信電力を、すべてのブロックが送信される場合のキャリアの送信電力よりも上昇させること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のOFDM通信装置。 - 複数キャリアを周波数軸上に等間隔に配置し、送信データを変調してOFDMシンボルに変換して、先頭に同期信号を配置した後に前記OFDMシンボルを格納して構成されるフレームを用いて通信するOFDM通信装置において用いられる適応速度制御方法であって、
前記OFDM通信装置は、処理部を備え、
前記処理部は、
前記複数キャリアを、隣接するキャリアを一まとめにしたブロックを単位とする複数のブロックに区分し、
前記ブロックの一つに属するキャリアに対して、同じ変調方式を用いて変調し、
前記フレームに格納される前記OFDMシンボルの位置が、予め定められた位置に該当する場合には、前記送信データに対して、すべてのブロックで同じ変調方式を用いて第1のOFDMシンボルを生成し、
前記第1のOFDMシンボルに対してブロック毎に符号誤り検出が可能なように第1の誤り検出符号を付加し、前記フレームに格納される前記第1のOFDMシンボル以外のOFDMシンボルを示す第2のOFDMシンボルに対しても符号誤り検出が可能なように第2の誤り検出符号を付加し、
前記各誤り検出符号が付加されたフレームを受信したとき、誤り検出を実行し、
前記各誤り検出の結果を通信相手のOFDM通信装置に返信し、
前記通信相手のOFDM通信装置から受信した前記第1の誤り検出符号を用いた誤り検出の結果に基づいて符号誤り率を算出し、
前記符号誤り率と前記第1のOFDMシンボルの変調に用いた変調方式とを用いて、記憶部に記憶されている符号誤り率と変調方式とS/N比との関係を関連付けた情報を参照することによって、第1のS/N比を算出し、
復調前のIQデータから受信電力強度を算出し、前記記憶部に記憶されている予め測定された前記OFDM通信装置の受信系のアナログ雑音の電力強度を読み出して、前記IQデータからの受信電力強度と前記受信系のアナログ雑音の電力強度との比を算出することによって、第2のS/N比を算出し、
前記第1のS/N比と前記第2のS/N比を比較することによって、小さな方のS/N比を決定し、
前記小さな方のS/N比と前記符号誤り率とを用いて、前記記憶部に記憶されている符号誤り率と変調方式とS/N比との関係を関連付けた情報を参照することによって、前記第1のOFDMシンボル以外の前記送信データに対して、前記ブロック毎に変調方式を決定すること、
を特徴とする適応速度制御方法。
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