JP5704082B2

JP5704082B2 - 通信機および通信方法

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Publication number: JP5704082B2
Application number: JP2012013960A
Authority: JP
Inventors: 延良西川
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: US9083431B2; US20130195098A1; JP2013153377A

Description

本発明は、通信機および通信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の通信では、入力信号をサブキャリア変調し、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）を行い、ベースバンド信号を生成する。そのため、サブキャリアの数が増え、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）サイズが大きくなると、大きなピークを持つベースバンド信号が生成され、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が高くなるという性質を持っている。ＰＡＰＲが高くなると、信号を歪みなく伝送するために広範囲において線形性を有する増幅器が必要となる。そこでＰＡＰＲを低減するための技術が開発されている。

特許文献１では、ＰＡＰＲを低減するため、ＩＦＦＴを行う前に逐次決定法により算出した最適位相に基づきサブキャリア変調信号の位相を制御する。

特開２００６−１６５７８１号公報

ＯＦＤＭ方式の通信では、ＰＡＰＲを低減することが課題となっている。特許文献１では、ＰＡＰＲを低減する最適位相を算出するために繰り返し計算処理を行い、サブキャリアごとに位相を制御する必要がある。また特許文献１に開示されている技術では、ＰＡＰＲの低減の程度を制御することはできない。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減し、さらにＰＡＰＲの低減の程度を制御することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って、第１データを生成するＩＦＦＴ手段と、
前記第１データを前記第１データの実部である実部データと前記第１データの虚部である虚部データとに分解する分解手段と、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の最大値より大きい所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値以下である所定の負の閾値、あるいは前記入力データ系列の要素の最大値以上である所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値より小さい所定の負の閾値を用いて、
前記入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より大きい要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以下である要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する演算手段と、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部演算データを生成する生成手段と、
前記実部演算データおよび前記虚部演算データを合成してベースバンド信号を生成する合成手段と、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記所定の境界値は前記入力データ系列の要素の最大値より小さく、前記入力データ系列の要素の最小値より大きい。

好ましくは、前記所定の境界値は０である。

好ましくは、前記演算手段は、前記入力データ系列が前記実部データである場合と、前記入力データ系列が前記虚部データである場合とで、同じ前記所定の正の閾値および前記所定の負の閾値を用いる。

本発明の第２の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する直並列手段と、
前記並列信号を前記並列信号の実部である実部データと前記並列信号の虚部である虚部データとに分解する受信側分解手段と、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が０以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する逆演算手段と、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記逆演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部逆演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部逆演算データを生成する受信側生成手段と、
前記実部逆演算データおよび前記虚部逆演算データを合成して第２データを生成する受信側合成手段と、
前記第２データの高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第３の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って、第１データを生成するＩＦＦＴステップと、
前記第１データを前記第１データの実部である実部データと前記第１データの虚部である虚部データとに分解する分解ステップと、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の最大値より大きい所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値以下である所定の負の閾値、あるいは前記入力データ系列の要素の最大値以上である所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値より小さい所定の負の閾値を用いて、
前記入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より大きい要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以下である要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する演算ステップと、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部演算データを生成する生成ステップと、
前記実部演算データおよび前記虚部演算データを合成してベースバンド信号を生成する合成ステップと、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記所定の境界値は０である。

好ましくは、前記演算ステップにおいて、前記入力データ系列が前記実部データである場合と、前記入力データ系列が前記虚部データである場合とで、同じ前記所定の正の閾値および前記所定の負の閾値を用いる。

本発明の第４の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する直並列ステップと、
前記並列信号を前記並列信号の実部である実部データと前記並列信号の虚部である虚部データとに分解する受信側分解ステップと、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が０以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する逆演算ステップと、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記逆演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部逆演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部逆演算データを生成する受信側生成ステップと、
前記実部逆演算データおよび前記虚部逆演算データとを合成して第２データを生成する受信側合成ステップと、
前記第２データの高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減し、さらにＰＡＰＲの低減の程度を制御することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。実施の形態に係る演算部の演算例を示す図である。実施の形態に係る通信機を用いてＰＡＰＲを低減する原理を示す図である。シミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。以下の説明において、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）は、ＩＦＦＴとＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transformation：逆離散フーリエ変換）を含む概念とする。したがって本発明の実施の形態においては、ＩＦＦＴの代わりに、ＩＤＦＴを行うよう構成してもよい。同様にＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）は、ＦＦＴとＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation：離散フーリエ変換）を含む概念とする。またＩＤＦＴおよびＤＦＴを行う場合は、以下の説明におけるＦＦＴサイズとは、ＤＦＴのサイズを意味する。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。通信機１は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の無線通信により他の機器と通信を行う。通信機１は、アンテナ１０、変調部１１、直並列変換部１２、ＩＦＦＴ部１３、分解部１４、生成部１５、合成部１６、送信部１７、およびコントローラ２０を備える。生成部１５は、演算部１５１および演算部１５２を備える。

コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、およびＲＯＭ（Read-Only Memory）２４を備える。複雑化を避け、理解を容易にするために、コントローラ２０から各部への信号線が省略されているが、コントローラ２０は通信機１の各部にＩ／Ｏ（Input／Output）２２を介して接続しており、それらの処理の開始、終了、処理内容の制御を行う。

ＲＡＭ２３には、例えば送信フレームを生成するためのデータが記憶されている。ＲＯＭ２４は、コントローラ２０が通信機１の動作を制御するための制御プログラムを格納する。コントローラ２０は、制御プログラムに基づいて、通信機１を制御する。

図２は、実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の通信機１に受信機能をもたせるため、図２に示す通信機１はさらに復調部３１、並直列変換部３２、ＦＦＴ部３３、合成部３４、受信側生成部３５、分解部３６、受信部３７、および送受信切替部３８を備える。受信側生成部３５は、逆演算部３５１、３５２を備える。送信機能および受信機能を備える図２に示す通信機１を用いて、通信機１が行う通信方法について以下に説明する。

変調部１１は、入力信号を所定の変調方式で変調し、変調信号を生成し、直並列変換部１２に送る。変調方式として、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）を用いる。直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換して並列信号を生成し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する。そして、サブキャリア変調信号をＩＦＦＴ部１３に送る。ＩＦＦＴ部１３は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、第１データを生成して分解部１４に送る。

分解部１４は、第１データを第１データの実部である実部データと、第１データの虚部である虚部データとに分解し、実部データと虚部データを生成部１５に送る。生成部１５は、実部データを演算部１５１に、虚部データを演算部１５２にそれぞれ送る。演算部１５１および演算部１５２の動作は同じであるため、演算部１５１の動作について説明する。サブキャリア変調信号をｄとすると、演算部１５１が受け取った実部データｕは、下記（１）式で表される。

演算部１５１は、実部データである入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。また入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。

あるいは演算部１５１は、入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値以上である要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。また入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より小さい要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。

所定の正の閾値とは、入力データ系列の要素の最大値より大きい値であり、所定の負の閾値とは、入力データ系列の要素の最小値以下である値である。あるいは所定の正の閾値とは、入力データ系列の要素の最大値以上である値であり、所定の負の閾値とは、入力データ系列の要素の最小値より小さい値である。所定の正の閾値および負の閾値は、後述するようにＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）の低減の程度およびＢＥＲ(Bit Error Rate：符号誤り率)の劣化の程度を考慮して予め定められている。なお所定の正の閾値および負の閾値の絶対値は同じ値でもよいし、異なる値でもよい。

所定の境界値とは、予め定められた任意の実数値であるが、ＰＡＰＲの低減の程度およびＢＥＲの劣化の程度を考慮すると、入力データ系列の要素の最大値より小さく、入力データ系列の要素の最小値より大きいことが望ましい。さらに所定の境界値を０とした場合には、各要素の値と所定の境界値との大小関係の判定処理を簡易化することが可能となる。

演算部１５１は、例えば、入力データ系列の最大値より大きい正の閾値、入力データ系列の最小値より小さい負の閾値、および所定の境界値０を用いて、以下のように演算処理を行う。演算部１５１は、実部データｕの要素の内、値が０より大きい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としたデータｕ_＋および実部データｕの要素の内、値が０以下の要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としたデータｕ₋を生成する。実部データｕは、下記（２）式のように表される。

演算部１５１は、実部データｕの要素の内、値が０以上である要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてｕ_＋を生成し、実部データｕの要素の内、値が０より小さい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてｕ₋を生成するよう構成してもよい。また正の閾値が実部データの最大値より大きく、負の閾値が実部データの最小値より小さく、所定の境界値が０である場合には、実部データｕの要素の内、値が０より大きい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてｕ_＋を生成し、実部データｕの要素の内、値が０より小さい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてｕ₋を生成するよう構成してもよい。

ここで、要素数が実部データｕと同じであり、実部データｕの要素の内、値が０より大きい要素と同じ位置の要素の値が所定の正の閾値であり、該要素以外の要素の値が０であるデータをｔｈ_＋とする。演算部１５１が、実部データｕの要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として生成した正データｕ’_＋は、下記（３）式で表される。

また要素数がｕと同じであり、ｕの要素の内、値が０以下である要素と同じ位置の要素の値が所定の負の閾値であり、該要素以外の要素の値が０であるデータをｔｈ₋とする。演算部１５１が、実部データｕの要素の内、値が０以下の要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として生成した負データｕ’₋は、下記（４）式で表される。

生成部１５は、演算部１５１が実部データｕに基づき生成した正データｕ’_＋および負データｕ’₋を加算して実部演算データを生成する。実部演算データｕ’は、下記（５）式で表される。

さらに生成部１５は、演算部１５１と同様に演算部１５２が虚部データに基づき生成した正データおよび負データを加算して虚部演算データｖ’を生成する。生成部１５は、実部演算データｕ’と虚部演算データｖ’を合成部１６に送る。

演算部１５１、１５２が用いる所定の正の閾値および負の閾値は、異なってもよい。演算部１５１、１５２が同じ所定の正の閾値および負の閾値を用いる場合には、１つの演算器を用いて演算部１５１、１５２を実現することができる。

合成部１６は、送られた実部演算データｕ’および虚部演算データｖ’を合成したｕ’＋ｊｖ’に基づきベースバンド信号を生成し、送信部１７に送る。ただし、ｊは虚数単位である。送信部１７は、ベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３８およびアンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送る。

上述の演算によりＰＡＰＲを低減する原理を示す。図３は、実施の形態に係る生成部における演算例を示す図である。横軸が要素であり、縦軸が振幅であり、各要素の値をグラフで示したものである。ここでは、実部データについてのみ考える。図３（ａ）は、実部データを表したものである。図３（ａ）中の矢印は、正の閾値または負の閾値から実部データの各要素の値を減算した値を示している。図３（ｂ）は、演算部１５１が実部データに基づき生成した正データおよび負データを加算した実部演算データを示している。図３（ｂ）中の矢印は、図３（ａ）中の矢印と同じであり、矢印が示す値が、実部演算データの各要素の値である。

図４は、実施の形態に係る通信機を用いてＰＡＰＲを低減する原理を示す図である。横軸が要素であり、縦軸が振幅であり、各要素の値を棒グラフで示したものである。棒グラフ上の数字は、各要素の値を示している。ここでは簡単のため、要素の値はすべて正の実数値としている。また正の閾値は０．１１であり、境界値は０である。図４（ａ）は実部データを表したものであり、図４（ｂ）は実部演算データを示している。図４（ａ）のＰＡＰＲは、下記（６）式で表されるように、８．７３７１ｄＢである。

図４（ｂ）のＰＡＰＲは、下記（７）式で表されるように、０．５７３７ｄＢである。

したがって、正の閾値または負の閾値から実部データおよび虚部データの各要素の値を減算した値に基づきベースバンド信号を生成することで、ベースバンド信号のＰＡＰＲを低減することが可能となる。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３７は、アンテナ１０および送受信切替部３８を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、分解部３６に送る。分解部３６は、ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する。分解部３６は、並列信号を並列信号の実部である実部データと、並列信号の虚部である虚部データとに分解し、実部データと虚部データを受信側生成部３５に送る。受信側生成部３５は、実部データを逆演算部３５１に、虚部データを逆演算部３５２にそれぞれ送る。逆演算部３５１および逆演算部３５２の動作は同じであるため、逆演算部３５１の動作について説明する。逆演算部３５１が受け取った実部データをｒ’とする。

逆演算部３５１は、入力データ系列の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。また入力データ系列の要素の内、値が０以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。

あるいは逆演算部３５１は、入力データ系列の要素の内、値が０以上である要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。また入力データ系列の要素の内、値が０より小さい要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。

逆演算部３５１が用いる所定の正の閾値および負の閾値は、送信側の演算部１５１が用いた所定の正の閾値および負の閾値とそれぞれ同じである。正の閾値が、送信側の演算部１５１の入力データ系列の要素の最大値より大きい場合に、逆演算部３５１は値が０より大きい要素については、正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。また正の閾値が、送信側の演算部１５１の入力データ系列の要素の最大値以上である場合に、逆演算部３５１は値が０以上である要素については、正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成する。

同様に、負の閾値が送信側の演算部１５１の入力データ系列の要素の最小値以下である場合に、逆演算部３５１は値が０以下である要素については、負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。また負の閾値が送信側の演算部１５１の入力データ系列の要素の最小値より小さい場合に、逆演算部３５１は値が０より小さい要素については、負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する。

上述の例において、送信側の演算部１５１で用いた正の閾値は実部データｕの要素の最大値より大きいので、逆演算部３５１は、実部データｒ’の要素の内、値が０より大きい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてデータｒ’_＋を生成する。同様に、上述の例において、送信側の演算部１５１で用いた負の閾値は実部データｕの要素の最小値より小さいので、逆演算部３５１は、実部データｒ’の要素の内、値が０より小さい要素を抽出し、該要素以外の要素の値を０としてデータｒ’₋を生成する。実部データｒ’は、下記（８）式のように表される。

要素数がｒ’と同じであり、ｒ’の要素の内、値が０より大きい要素と同じ位置の要素の値が所定の正の閾値であり、該要素以外の要素の値が０であるデータは、送信側で用いたｔｈ_＋に一致する。ｔｈ_＋を用いて、逆演算部３５１が、実部データｒ’の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として生成した正データｒ_＋は、下記（９）式で表される。

同様に、要素数がｒ’と同じであり、ｒ’の要素の内、値が０より小さい要素と同じ位置の要素の値が所定の負の閾値であり、該要素以外の要素の値が０であるデータは、送信側で用いたｔｈ₋に一致する。ｔｈ₋を用いて、逆演算部３５１が、実部データｒ’の要素の内、値が０より小さい要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として生成した負データｒ₋は、下記（１０）式で表される。

受信側生成部３５は、逆演算部３５１が実部データｒ’に基づき生成した正データｒ_＋および負データｒ₋を加算して実部逆演算データを生成する。実部逆演算データｒは、下記（１１）式で表される。

上記（９）式および（１０）式より、上記（１１）式から下記（１２ａ）式が導き出される。ここで、実部データｒ’は、生成部１５が生成した実部演算データｕ’に一致するため、ｒ’_＋＝ｕ’_＋およびｒ’₋＝ｕ’₋が成立する。さらに上記（３）式および（４）式より、下記（１２ｂ）式が導きだされる。したがって、ｒは分解部１４で生成した実部データｕに一致する。

さらに受信側生成部３５は、逆演算部３５１と同様に逆演算部３５２が虚部データに基づき生成した正データおよび負データを加算して虚部逆演算データｓを生成する。受信側生成部３５は、実部逆演算データｒと虚部逆演算データｓを合成部３４に送る。

逆演算部３５１と同様に、逆演算部３５２が用いる所定の正の閾値および負の閾値は、送信側の演算部１５２が用いた所定の正の閾値および負の閾値とそれぞれ同じである。また送信側と同様に、逆演算部３５１、３５２が用いる所定の正の閾値および負の閾値は、異なってもよい。逆演算部３５１、３５２が同じ所定の正の閾値および負の閾値を用いる場合には、１つの演算器を用いて逆演算部３５１、３５２を実現することができる。

合成部３４は、送られた実部逆演算データｒおよび虚部逆演算データｓを合成したｒ＋ｊｓで表される第２データを生成し、ＦＦＴ部３３に送る。ＦＦＴ部３３は、第２データのＦＦＴを行い、サブキャリア変調信号を生成する。ＦＦＴ部３３は、サブキャリア変調信号を並直列変換部３２に送る。

並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号を並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。

以上説明した原理に従って、通信機１は例えば以下のように通信を行う。サブキャリアの数が４の場合に、分解部１４が生成した実部データｕが下記（１３）式で表されるとする。

ここで一例として、正の閾値を６、負の閾値を−６、境界値を０とすると、ｕ_＋およびｕ₋は、下記（１４）式で表される。

演算部１５１が実部データｕに基づき生成する正データｕ’_＋は、下記（１５）式で表される。

また演算部１５１が実部データｕに基づき生成する負データｕ’₋は、下記（１６）式で表される。

生成部１５が、演算部１５１が実部データｕに基づき生成した正データｕ’_＋および負データｕ’₋を加算して生成する実部演算データｕ’は、下記（１７）式で表される。

さらに生成部１５は、演算部１５１と同様に演算部１５２が虚部データに基づき生成した正データおよび負データを加算して虚部演算データを生成する。生成部１５は、実部演算データと虚部演算データを合成部１６に送る。合成部１６は、送られた実部演算データおよび虚部演算データを合成してベースバンド信号を生成し、送信部１７に送る。送信部１７は、ベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３８およびアンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送る。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３７は、アンテナ１０および送受信切替部３８を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、分解部３６に送る。分解部３６は、ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する。分解部３６は並列信号を実部データと虚部データに分解し、受信側生成部３５に送る。受信側生成部３５は、実部データを逆演算部３５１に、虚部データを逆演算部３５２に送る。逆演算部３５１が受け取った実部データをｒ’は、下記（１８）式で表される。

ｒ’_＋およびｒ’₋ は、下記（１９）式で表される。

逆演算部３５１が実部データｒ’に基づき生成する正データｒ_＋は、下記（２０）式で表され、上記（１４）式で表されるｕ_＋に一致する。

また逆演算部３５１が実部データｒ’に基づき生成する負データｒ₋は、下記（２１）式で表され、上記（１４）式で表されるｕ₋に一致する。

受信側生成部３５が、逆演算部３５１が実部データｒ’に基づき生成した正データｒ_＋および負データｒ₋を加算して生成する実部逆演算データｒは、下記（２２）式で表される。ｒは分解部１４で生成した上記（１３）式で表される実部データｕに一致する。

さらに受信側生成部３５は、逆演算部３５１と同様に逆演算部３５２が虚部データに基づき生成した正データおよび負データを加算して虚部演算データを生成する。受信側生成部３５は、実部逆演算データと虚部逆演算データを合成部３４に送る。合成部３４は、送られた実部逆演算データおよび虚部逆演算データを合成して第２データを生成し、ＦＦＴ部３３に送る。ＦＦＴ部３３は、第２データのＦＦＴを行ってサブキャリア変調信号を生成し、並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号を並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態に係る通信機１によれば、ＯＦＤＭ通信方式において、所定の正の閾値または所定の負の閾値からサブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行って生成した第１データの各要素を減算して生成したデータに基づきベースバンド信号を生成することでＰＡＰＲを低減することが可能となる。また後述するように、ＰＡＰＲを低減し、ＰＡＰＲの低減の程度を制御することが可能となる。

（具体例）
次に、シミュレーションにより本実施の形態に係る発明の効果を説明する。入力信号にランダム信号を用いて、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲの算出を１万回繰り返すシミュレーションを行った。変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを２０４８として、従来技術と本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲ特性を比較した。従来技術とは、上述のような演算を加えずにサブキャリア変調信号からベースバンド信号を生成する方法である。本実施の形態においては、閾値の絶対値を０．０３、０．０６、０．０９と変えてそれぞれシミュレーションを行った。

シミュレーションしたＰＡＰＲの平均値は、従来技術のＰＡＰＲが９．１ｄＢであるのに対し、本実施の形態において閾値の絶対値を０．０３とした場合のＰＡＰＲは３．６ｄＢ、閾値の絶対値を０．０６とした場合のＰＡＰＲは１．８ｄＢ、閾値の絶対値を０．０９とした場合のＰＡＰＲは１．２ｄＢであり、本実施の形態に係る通信機を用いることでＰＡＰＲを低減できることがわかる。また閾値の絶対値を大きくすることで、ＰＡＰＲがより低減されることがわかる。

またＰＡＰＲのＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function：相補累積分布関数）、すなわちＰＡＰＲの発生確率の特性を比較した。図５は、ベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。横軸はＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）、縦軸はＰＡＰＲのＣＣＤＦである。従来技術のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が実線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０３とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が点線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０６とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が一点鎖線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０９とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が二点鎖線のグラフである。図に示す範囲において、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは従来技術と比べて低減されており、閾値の絶対値を大きくすることで、ＰＡＰＲがより低減される。

次に、ＢＥＲについてのシミュレーションを行った。図６は、シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。横軸はＥｂ／Ｎｏ（Energy per Bit to NOise power spectral density ratio：ビットエネルギー対雑音電力密度比）、縦軸はＢＥＲである。Ｅｂ／Ｎｏの単位はｄＢである。従来技術のＢＥＲはプロット点を四角で表した実線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０３とした場合のＢＥＲはプロット点を三角で表した点線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０６とした場合のＢＥＲはプロット点を丸で表した一点鎖線のグラフであり、本実施の形態において閾値の絶対値＝０．０９とした場合のＢＥＲはプロット点を菱形で表した二点鎖線のグラフである。従来技術に比べ、本実施の形態では閾値の絶対値を大きくするにしたがって、ＢＥＲが劣化している。

これは、閾値の絶対値を大きくすると、小さい値が雑音に埋もれてしまうためである。しかしＢＥＲは、送信電力を上げることで、改善することが可能である。

上述のシミュレーションにより、本実施の形態においては、所定の正の閾値または所定の負の閾値からサブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行って生成した第１データの各要素を減算して生成したデータに基づきベースバンド信号を生成することでＰＡＰＲを低減し、また閾値の絶対値を変更することでＰＡＰＲの低減の程度を制御することができることがわかった。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。変調部１１の変調方式は、ＱＰＳＫに限られず、ＱＰＳＫ以外のＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直角位相振幅変調）などを用いることができる。変調部１１と直並列変換部１２の順序を変えて、入力信号を直並列変換してサブキャリア信号に割り当て、並列信号の各データを所定の変調方式で変調するよう構成してもよい。その場合、受信側では復調部３１と並直列変換部３２の順序を変えて、復調処理を行う。

ＩＦＦＴ部１３は、ＩＦＦＴの代わりにＩＤＦＴを行うよう構成してもよいし、ＦＦＴ部３３は、ＦＦＴの代わりにＤＦＴを行うよう構成してもよい。

１通信機
１０アンテナ
１１変調部
１２直並列変換部
１３ＩＦＦＴ部
１４分解部
１５生成部
１６合成部
１７送信部
２０コントローラ
２１ＣＰＵ
２２Ｉ／Ｏ
２３ＲＡＭ
２４ＲＯＭ
３１復調部
３２並直列変換部
３３ＦＦＴ部
３４合成部
３５受信側生成部
３６分解部
３７受信部
３８送受信切替部
１５１、１５２演算部
３５１、３５２逆演算部

Claims

直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って、第１データを生成するＩＦＦＴ手段と、
前記第１データを前記第１データの実部である実部データと前記第１データの虚部である虚部データとに分解する分解手段と、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の最大値より大きい所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値以下である所定の負の閾値、あるいは前記入力データ系列の要素の最大値以上である所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値より小さい所定の負の閾値を用いて、
前記入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より大きい要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以下である要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する演算手段と、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部演算データを生成する生成手段と、
前記実部演算データおよび前記虚部演算データを合成してベースバンド信号を生成する合成手段と、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信機。
前記所定の境界値は前記入力データ系列の要素の最大値より小さく、前記入力データ系列の要素の最小値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の通信機。
前記所定の境界値は０であることを特徴とする請求項２に記載の通信機。
前記演算手段は、前記入力データ系列が前記実部データである場合と、前記入力データ系列が前記虚部データである場合とで、同じ前記所定の正の閾値および前記所定の負の閾値を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の通信機。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する直並列手段と、
前記並列信号を前記並列信号の実部である実部データと前記並列信号の虚部である虚部データとに分解する受信側分解手段と、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が０以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する逆演算手段と、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記逆演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部逆演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部逆演算データを生成する受信側生成手段と、
前記実部逆演算データおよび前記虚部逆演算データを合成して第２データを生成する受信側合成手段と、
前記第２データの高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴ手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする通信機。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行って、第１データを生成するＩＦＦＴステップと、
前記第１データを前記第１データの実部である実部データと前記第１データの虚部である虚部データとに分解する分解ステップと、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の最大値より大きい所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値以下である所定の負の閾値、あるいは前記入力データ系列の要素の最大値以上である所定の正の閾値および前記入力データ系列の要素の最小値より小さい所定の負の閾値を用いて、
前記入力データ系列の要素の内、値が所定の境界値より大きい要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以下である要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が前記境界値より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する演算ステップと、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部演算データを生成する生成ステップと、
前記実部演算データおよび前記虚部演算データを合成してベースバンド信号を生成する合成ステップと、
前記ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記所定の境界値は前記入力データ系列の要素の最大値より小さく、前記入力データ系列の要素の最小値より大きいことを特徴とする請求項６に記載の通信方法。
前記所定の境界値は０であることを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
前記演算ステップにおいて、前記入力データ系列が前記実部データである場合と、前記入力データ系列が前記虚部データである場合とで、同じ前記所定の正の閾値および前記所定の負の閾値を用いることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の通信方法。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、並列信号を生成する直並列ステップと、
前記並列信号を前記並列信号の実部である実部データと前記並列信号の虚部である虚部データとに分解する受信側分解ステップと、
前記実部データまたは前記虚部データである入力データ系列の要素の内、値が０より大きい要素については所定の正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０以下である要素については所定の負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成し、
あるいは前記入力データ系列の要素の内、値が０以上である要素については前記正の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として正データを生成し、前記入力データ系列の要素の内、値が０より小さい要素については前記負の閾値から該要素の値を減算した値を該要素の値とし、該要素以外の要素の値を０として負データを生成する逆演算ステップと、
前記実部データおよび前記虚部データをそれぞれ前記入力データ系列として、前記逆演算手段の処理を行い、前記実部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して実部逆演算データを生成し、前記虚部データに基づき生成した前記正データおよび前記負データを加算して虚部逆演算データを生成する受信側生成ステップと、
前記実部逆演算データおよび前記虚部逆演算データとを合成して第２データを生成する受信側合成ステップと、
前記第２データの高速フーリエ変換を行ってサブキャリア変調信号を生成するＦＦＴステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。