JP5303806B2

JP5303806B2 - データ送信方法及びデータ送信装置

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Publication number: JP5303806B2
Application number: JP2008534398A
Authority: JP
Inventors: 直樹末広
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Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JPWO2008032805A1; WO2008032805A1

Description

本発明は、データ送信方法及びデータ送信装置に係り、特に、振幅分布改善用データを、同時に送信するデータ送信方法及びデータ送信装置に関する。

送信データとして、長さＭ（Ｍは、２以上の自然数）のデータがＮ（Ｎは、２以上の自然数）個ある場合を考える。

この場合の送信データを、次のように示す。

長さＭの１番目のデータ：ｂ_００ｂ_０１・・・・・ｂ_{０（Ｍ−１）}
長さＭの２番目のデータ：ｂ_１０ｂ_１１・・・・・ｂ_{１（Ｍ−１）}
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
長さＭのＮ番目のデータ：ｂ_{（Ｎ−１）０} ｂ_{（Ｎ−１）１} ・・・ｂ_{（Ｎ−１）（Ｍ−１）}
この送信データをマトリックス表現すると図１のようになる。

図１のマトリックス表現が可能な送信データを送信するには、各種の方法が考えられる。

ここでは、図２に示すように、送信データを逆ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ
ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）変換（逆離散フーリエ変換；ＩＤＦＴ）して送信する場合を考える。

なお、演算子Ｆ_Ｎ ^−１は、図３に示すＭ行、Ｎ列の行列である。

また、図３において、単位円をＮ分割した点に相当する変Ｗ_Ｎは、次のように定義される。

Ｗ_Ｎ＝exp(2π√-1)/N ・・・(１)

図２の演算結果を図４に示す。

図２の演算は、

なお、行ベクトルｂ_０＝（ｂ_００ｂ_０１・・・・・ｂ_{０（Ｍ−１）}）
行ベクトルｂ_１＝（ｂ_１０ｂ_１１・・・・・ｂ_{１（Ｍ−１）}）
・・・・・・・・・・・・・・・・
行ベクトルｂ_{（Ｎ−１）}＝（ｂ_{（Ｎ−１）０} ｂ_{（Ｎ−１）１} ・・ｂ_{（Ｎ−１）（Ｍ−１）}）
である。

したがって、図２の演算を行ベクトルの演算として、図４を見ると、
（第０行）：行ベクトルｂ_０にＷ_Ｎ ^０が乗算されたもの、行ベクトルｂ_０にＷ_Ｎ ^１が乗算されたもの、・・・行ベクトルｂ_０にＷ_Ｎ ^Ｎ−１が乗算されたもの
（第１行）：行ベクトルｂ_１にＷ_Ｎ ^０が乗算されたもの、行ベクトルｂ_１にＷ_Ｎ ^１が乗算されたもの、・・・行ベクトルｂ_１にＷ_Ｎ ^Ｎ−１が乗算されたもの
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（第Ｎ―１行）：行ベクトルｂ_{（Ｎ−１）}にＷ_Ｎ ^０が乗算されたもの、行ベクトルｂ_{（Ｎ−１）}にＷ_Ｎ ^１が乗算されたもの、・・・行ベクトルｂ_{（Ｎ−１）}にＷ_Ｎ ^Ｎ−１が乗算されたもの
が、図４に示されている。

そして、図４から明らかなように、（第０行）＋（第１行）＋・・・＋（第Ｎ―１行）が、図２の演算結果となり、出力として、
ａ_００、ａ_０１、・・ａ_{０（Ｍ−１）}、ａ_１０、ａ_１１、・・、ａ_{１（Ｍ−１）}、・・・、ａ_{（Ｎ―１）０}、ａ_{（Ｎ―１）１}、ａ_{（Ｎ−１）（Ｍ−１）}
が得られる。

しかしながら、図４の演算結果において、ａ_００、ａ_０１、・・、ａ_{０（Ｍ−１）}、ａ_１０、ａ_１１、・・、ａ_{１（Ｍ−１）}、・・・ａ_{（Ｎ―１）０}、ａ_{（Ｎ―１）１}、ａ_{（Ｎ−１）（Ｍ−１）}のそれぞれは、Ｎ個の演算結果の和であり、その大きさ（振幅）の分布は、図５に示すように、正規分布となる。

図５に示されている振幅の分布は、正規分布であるので、大きな広がりを有している。したがって、図４の演算結果を送信する送信装置は、大きなダイナミックレンジが必要となる。このダイナミックレンジは、Ｎが大きくなるにつれて、大きくなる。

また、大きなダイナミックレンジを送信するためには、送信出力を上げる必要があり、装置コストが増大し、エネルギーの消費が増大するという問題がある。更に、その結果、運用コストが増大するという問題も生じる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、送信振幅の分布を改善して、ダイナミックレンジを小さくしたデータ送信方法及びデータ送信装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明のるデータ送信方法は、長さＭのＮ個の送信データと所定の系列の内の異なるＮ個の系列とに対して、それぞれ所定の演算をさせて、長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、変換された送信データを同時に送信するデータ送信方法において、前記長さＬのＮ個の送信データに基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成し、前記振幅分布改善用データと、前記長さＬのＮ個の送信データとを、同時に、又は、加算して、送信するように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信方法は、前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データに、前記所定の系列の内の、送信データのために用いられていない系列と、前記所定の演算をさせて生成されるように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信方法は、前記所定の演算は、クロネッカ積であるように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信方法は、前記所定の系列は、ＺＣＣＺ系列又はＤＦＴ行列の行ベクトル成分であるように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信方法は、複数の前記振幅分布改善用データを、前記長さＬのＮ個の送信データと、同時に送信するように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、長さＭのＮ個の送信データと所定の系列のセットの内の一つとに対して、所定の演算をさせて、長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、Ｎ個の送信データを同時に送信するデータ送信装置において、前記長さＬのＮ個の送信データから、最大の振幅及びその次の大きさの振幅を算出する振幅算出手段と、振幅算出手段で算出した最大の振幅及びその次の大きさの振幅に基づいて、振幅補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量算出手段で算出した振幅補正量に基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成する振幅分布改善用データ生成手段と、前記振幅分布改善用データを、前記長さＬのＮ個の送信データと、同時に送信する送信手段とを有するように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データに、前記所定の系列の内の、送信データのために用いられていない系列と、前記所定の演算をさせて生成されるように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、前記所定の演算は、クロネッカ積であるように構成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、前記所定の系列は、ＺＣＣＺ系列又はＤＦＴ
行列の行ベクトル成分であるように構成することができる。

本発明によれば、送信振幅の分布を改善して、ダイナミックレンジを小さくしたデータ送信方法及びデータ送信装置を提供することができる。

送信データを説明するための図である。本発明における演算の例を説明するための図である。Ｆ_Ｎ ^−１を説明するための図である。図２の演算結果を説明するための図である。振幅分布を説明するための図である。送信データの変換を説明するための図である。送信装置

符号の説明

１０送信データ
１１送信データの変換手段
１２振幅算出手段
１３補正量算出手段
１４補正データ算出手段
１５補正データの変換手段
１６遅延手段
１７加算手段
１８変調手段
１９アンテナ

ここでは、次の３つの送信データを、４次の逆ＤＦＴ行列のベクトル成分と、クロネッカ積演算して送信する場合について説明する。

３つの送信データを、次のように表す。

送信データｂ_０＝（２１ｊ −１ｊ）
送信データｂ_１＝（１２ −ｊ −ｊ１）
送信データｂ_２＝（−ｊ１１２ −1）
また、４次の逆ＤＦＴ行列は、次式（３）で表される。

また、式（３）は、次のように、ＤＦＴ行列の行ベクトル成分で表される。

なお、ベクトルｆ_０は、（１１１１）であり、ベクトルｆ_１は、（１ｊ −1 −ｊ）であり、ベクトルｆ_２は、（１ −1 １ −1）であり、ベクトルｆ_３は、（１ −ｊ −1 ｊ）である。

そして、送信される３つの送信データは、次のように変換されて送信される。

つまり、送信データｂ_０は、

の演算がなされて送信され、
送信データｂ_１は、

の演算がなされて送信され、
送信データｂ_２は、

の演算がなされて送信される。これらの３つの信号は、同時に送信される。

図６に示すように、式（５）の演算結果は、
＝１／２（２１ｊ −1 ｊ２１ｊ −1 ｊ２１ｊ −1 ｊ２１ｊ −1 ｊ）となり、
式（６）の演算結果は、
＝１／２（１２ −ｊ −ｊ１ｊ 2j １１ｊ −1 −2 ｊｊ −1 −ｊ −2j −1 −1 −ｊ）となり、
式（７）の演算結果は、
＝１／２（−ｊ１１２ −1 ｊ −1 −1 −2 １ −ｊ１１２ −1 ｊ −1 −1 −2 １）となる。

式（５）、式（６）及び式（７）の信号が同時に送信されるので、送信信号は、
３−ｊ、４、１、１−ｊ、ｊ、２＋２ｊ、２ｊ、ｊ、−２、１＋２ｊ、１−ｊ、０、１＋２ｊ、１＋ｊ、−２＋ｊ、２、−２ｊ、−２＋ｊ、−４、１・・・（８）
となる。

これによれば、最大の振幅は「４」であり、最小の振幅は「−４」である。したがって、ダイナミックレンジは、「−４」〜「４」となっている。

そこで、このダイナミックレンジを小さくして、ここでは、「−４＋１／３＝−１１／３」〜「４−１／３＝１１／３」とする。

次に、ダイナミックレンジを「−４」〜「４」から、「−１１／３」〜「１１／３」にする具体的方法を説明する。

本発明では、長さ５の補正データを、３つの送信データと同様に演算して、送信する。このとき、演算された長さ５の補正データが、（８）のダイナミックレンジを小さくするように設定する。

つまり、４次の逆ＤＦＴ行列の内、ベクトルｆ_０、ベクトルｆ_１、ベクトルｆ_２は、データの送信に利用したので、補正データの送信のためには、残ったベクトルｆ_３（１ −ｊ −1 ｊ）を使用する。

そこで、補正データＣ＝（Ｃ_０Ｃ_１Ｃ_２Ｃ_３Ｃ_４）とすると、
この補正データＣは、

の演算がなされて、長さ２０の振幅分布改善用データに変換される。

式（９）の演算結果は、次のようになる。

Ｃ_０Ｃ_１Ｃ_２Ｃ_３Ｃ_４ −ｊＣ_０ −ｊＣ_１ −ｊＣ_２ −ｊＣ_３ −ｊＣ_４ −Ｃ_０ −Ｃ_１ −Ｃ_２ −Ｃ_３ −Ｃ_４ｊＣ_０ｊＣ_１ｊＣ_２ｊＣ_３ｊＣ_４・・・（１０）
（１０）の信号と（８）の信号とが同時に送信されるので、次の信号が、送信されることとなる。

３−ｊ＋Ｃ_０、４＋Ｃ_１、１＋Ｃ_２、１−ｊ＋Ｃ_３、ｊ＋Ｃ_４、２＋２ｊ−ｊＣ_０、２ｊ−ｊＣ_１、ｊ−ｊＣ_２、−２−ｊＣ_３、１＋２ｊ−ｊＣ_４、１−ｊ−Ｃ_０、０−Ｃ_１、１＋２ｊ−Ｃ_２、１＋ｊ−Ｃ_３、−２＋ｊ−Ｃ_４、２＋ｊＣ_０、−２ｊ＋ｊＣ_１、−２＋ｊ＋ｊＣ_２、−４＋ｊＣ_３、１＋ｊＣ_４・・・（１１）
となる。

式（１１）の表現では、ダイナミックレンジは、「−４」〜「４」は、「−４＋ｊＣ_３」〜「４＋Ｃ_１」となっている。この実施例では、「−４＋ｊＣ_３」〜「４＋Ｃ_１」を「−１１／３」〜「１１／３」とする。

ところで、「−４＋ｊＣ_３」を「−１１／３」とすることは、Ｃ_３を「−ｊ／３」とすることであり、また、「４＋Ｃ_１」を「１１／３」とすることは、Ｃ_１を「−１／３」とすることである。

Ｃ_０、Ｃ_２及びＣ_４に係る部分は、「−４」を超え、「４」未満であり、ダイナミックレンジに影響を与えていないので、補正しない。

その結果、Ｃ_０、Ｃ_２及びＣ_４をゼロとする。

つまり、補正データＣ＝（Ｃ_０Ｃ_１Ｃ_２Ｃ_３Ｃ_４）は、
補正データＣ＝（０ −１／３０ −ｊ／３０）となる。

この補正データで、式（１１）を求めると、次のようになる。

３−ｊ、１１／３、１、１−４ｊ／３、ｊ、２＋２ｊ、７ｊ／３、ｊ、−７／３、１＋２ｊ、１−ｊ、１／３、１＋２ｊ、１＋４ｊ／３、−２＋ｊ、２、−７ｊ／３、−２＋ｊ、−１１／３、１・・・（１２）
式（１２）によれば、ダイナミックレンジは、「−１１／３」〜「１１／３」となっておおり、当初の目的が達成できた。
（送信装置）
本発明送信装置は、例えば、図７の構成で実施できる。

図７の送信装置は、送信データ１０、送信データの変換手段１１、振幅算出手段１２、補正量算出手段１３、補正データ算出手段１４、補正データの変換手段１５、遅延手段１６、加算手段１７、変調手段１８及びアンテナ１９から構成されている。

長さＭのＮ個の送信データ１０が、送信データの変換手段１１に供給される。送信データの変換手段１１では、Ｎ個の送信データに対して、所定の系列の内の異なるＮ個の系列を作用（演算）させて、長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換する。

振幅算出手段１２は、送信データの変換手段１１からの出力である「長さＬのＮ個の送信データ」から、最大の振幅及びその次の大きさの振幅を算出する。

次いで、補正量算出手段１３は、振幅算出手段１２で算出した最大の振幅及びその次の大きさの振幅に基づいて、振幅補正量を算出する。

後述するように、振幅算出手段１２で算出した最大の振幅ＭＡＸ_０と次の大きさの振幅ＭＡＸ_１とした場合、補正量を（ＭＡＸ_０−ＭＡＸ_１）又は正量を（ＭＡＸ_０−ＭＡＸ_１）／２とする。

補正データ算出手段１４は、補正量算出手段１３で算出された振幅補正量に基づいて、補正データを算出する。

補正データの変換手段１５は、補正データ算出手段１４で算出された補正データに対して、補正データの変換を行う。

補正データの変換は、送信データの変換手段１１と同じ種類の系列であって、その内の、送信データのために用いられていない系列を用いて変換する。

遅延手段１６は、送信データの変換手段１１の出力と、補正データの変換手段１５の出力とのタイミングを合わせるために、送信データの変換手段１１の出力を遅延させるものである。

加算手段１７は、送信データの変換手段１１の出力と、補正データの変換手段１５の出力と加算する。

変調手段１８は、加算手段１７で加算された送信データの変換手段１１の出力と、補正データの変換手段１５の出力とを変調して、アンテナ１９から放射する。
（変形例）
（１）上記実施例では、式（８）の信号に対して、格別の根拠もなく、ダイナミックレンジを「−４」〜「４」から、「−１１／３」〜「１１／３」にした。

上記方法によれば、補正量を大きくすると、補正前のダイナミックレンジを決定している信号の振幅は小さくなる。しかしながら、補正前のダイナミックレンジを決定しない信号も影響を受け、補正の結果、場合によっては、補正前のダイナミックレンジを超えることがある。

このように、補正によって、補正前のダイナミックレンジを超えないようにするためには、補正前の送信データにおいて、最大の振幅ＭＡＸ_０と次の大きさの振幅ＭＡＸ_１を算出し、補正量を（ＭＡＸ_０−ＭＡＸ_１）以内にする必要がある。

なお、補正量を（ＭＡＸ_０−ＭＡＸ_１）／２とすれば、必ずダイナミックレンジは減少する。

（２）上記実施例では、送信データに所定の演算を行うための系列として、４次の逆ＤＦＴ行列のベクトル成分の行ベクトル成分を用いたが、４次のＤＦＴ行列のベクトル成分であってもよい。

また、次数も、４次に限らず実施することができる。

（３）上記実施例では、送信データに所定の演算を行うための系列として、逆ＤＦＴ行列のベクトル成分を用いた。しかしながら、本発明は、ＺＣＺ（Ｚero Correlation Zoｎe Sequence）系列、ＺＣＣＺ（Ｚero Cross Correlation Zone Sequence）系列、Ｍ系列、Gold系列でも実施できる。

（４）上記実施例では、補正データは一つであったが、補正データは複数であっても実施できる。しかしながら、この場合、補正データに用いる系列は、送信データのために用いられていない系列を使用する必要がある。

（５）上記実施例では、補正を１回行ったが、繰り返して、複数回行ってもよい。

（６）図７の送信装置は、加算手段１７で、変換手段１１の出力と変換手段１５の出力とを加算した上で送信するようにしたが、加算せずに、二つのアンテナから、同時に送信するようにしてもよい。

本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられる。そのため、上述の実施例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであり、明細書の本文にはなんら拘束されない。

本件国際出願は、２００６年９月１５日に出願した日本国特許出願２００６−２５１１８４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願日本国特許出願２００６−２５１１８４号の全内容を本国際出願に援用する。

Claims

長さＭのＮ個の送信データと、ＤＦＴ行列又は逆ＤＦＴ行列の複数の行ベクトル成分の内の異なるＮ個の成分とのクロネッカ積を求めて長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、変換された送信データを同時に送信するデータ送信方法において、
前記長さＬのＮ個の送信データに基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成し、
前記振幅分布改善用データと前記長さＬのＮ個の送信データとを、同時に、又は、加算して送信することを特徴とするデータ送信方法。
前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データと、前記複数の行ベクトル成分の内の、送信データのために用いられていない成分とのクロネッカ積に基づき生成されることを特徴とする請求項1記載のデータ送信方法。
長さＭのＮ個の送信データと、ＺＣＺ系列、ＺＣＣＺ系列、Ｍ系列及びＧｏｌｄ系列の内の異なるＮ個の系列とのクロネッカ積を求めて長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、変換された送信データを同時に送信するデータ送信方法において、
前記長さＬのＮ個の送信データに基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成し、
前記振幅分布改善用データと前記長さＬのＮ個の送信データとを、同時に、又は、加算して送信することを特徴とするデータ送信方法。
前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データと、前記系列の内の、送信データのために用いられていない系列とのクロネッカ積に基づき生成されることを特徴とする請求項1記載のデータ送信方法。
複数の前記振幅分布改善用データを、前記長さＬのＮ個の送信データと、同時に送信することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載のデータ送信方法。
長さＭのＮ個の送信データと、ＤＦＴ行列又は逆ＤＦＴ行列の複数の行ベクトル成分の内の異なるＮ個の成分とのクロネッカ積を求めて長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、変換された送信データを同時に送信するデータ送信装置において、
前記長さＬのＮ個の送信データから、最大の振幅及びその次の大きさの振幅を算出する振幅算出手段と、
振幅算出手段で算出した最大の振幅及びその次の大きさの振幅に基づいて、振幅補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段で算出した振幅補正量に基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成する振幅分布改善用データ生成手段と、
前記振幅分布改善用データを、前記長さＬのＮ個の送信データと、同時に送信する送信手段と
を有することを特徴とするデータ送信装置。
前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データと、前記複数の行ベクトル成分の内の、送信データのために用いられていない成分とのクロネッカ積に基づき生成されることを特徴とする請求項６記載のデータ送信装置。
長さＭのＮ個の送信データと、ＺＣＺ系列、ＺＣＣＺ系列、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ系列の内の異なるＮ個の系列とのクロネッカ積を求めて長さＭのＮ個の送信データを長さＬ（但し、Ｌ＞Ｍ）のＮ個の送信データに変換して、変換された送信データを同時に送信するデータ送信装置において、
前記長さＬのＮ個の送信データから、最大の振幅及びその次の大きさの振幅を算出する振幅算出手段と、
振幅算出手段で算出した最大の振幅及びその次の大きさの振幅に基づいて、振幅補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段で算出した振幅補正量に基づいて、長さＬの振幅分布改善用データを生成する振幅分布改善用データ生成手段と、
前記振幅分布改善用データを、前記長さＬのＮ個の送信データと、同時に送信する送信手段と
を有すること特徴とするデータ送信装置。
前記振幅分布改善用データは、長さＭの補正データと、前記系列の内の、送信データのために用いられていない系列とのクロネッカ積に基づき生成されることを特徴とする請求項８記載のデータ送信装置。