JP5874500B2 - 通信機および通信方法 - Google Patents

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変換後データを生成するＩＦＦＴ手段と、
それぞれが定めた値の範囲であるレンジであって、互いに値の範囲が重複しない前記レンジ、および前記レンジごとに定めた振幅係数および補正係数を用い、前記レンジのそれぞれについて、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記振幅係数である複素数を加算し、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する演算手段と、
前記演算手段で前記レンジのそれぞれについて生成した前記演算データを並べて合成し、合成したデータに基づき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、前記演算手段は、複数個の前記レンジを用いる。

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、
前記並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する分割手段と、
前記サブ並列信号ごとに定めた、それぞれが定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、前記サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記レンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する逆演算手段と、
前記逆演算手段で前記サブ並列信号のそれぞれについて生成した前記逆演算データを合算し、合算した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変換後データを生成するＩＦＦＴステップと、
それぞれが定めた値の範囲であるレンジであって、互いに値の範囲が重複しない前記レンジ、および前記レンジごとに定めた振幅係数および補正係数を用い、前記レンジのそれぞれについて、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記振幅係数である複素数を加算し、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する演算ステップと、
前記演算ステップで前記レンジのそれぞれについて生成した前記演算データを並べて合成し、合成したデータに基づき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、前記演算ステップにおいて、複数個の前記レンジを用いる。

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、
前記並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する分割ステップと、
前記サブ並列信号ごとに定めた、それぞれが定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、前記サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記レンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する逆演算ステップと、
前記逆演算ステップで前記サブ並列信号のそれぞれについて生成した前記逆演算データを合算し、合算した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ＩＦＦＴ部の演算結果の例を示す図である。 実施の形態に係る演算部が行う演算処理の例を示す図である。 実施の形態に係る演算部の演算結果の例を示す図である。 実施の形態に係るＩＦＦＴ部の演算結果の信号点配置図の例を示す図である。 実施の形態に係る演算部が行う演算処理に対応する信号点配置図の例を示す図である。 実施の形態に係る演算部の演算結果の信号点配置図の例を示す図である。 実施の形態に係る演算部の演算結果の異なる例を示す図である。 実施の形態に係る演算部の演算結果の信号点配置図の異なる例を示す図である。 実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る逆演算部が行う演算処理の例を示す図である。 実施の形態に係る逆演算部の演算結果の例を示す図である。 実施の形態に係る逆演算部が行う演算処理の異なる例を示す図である。 実施の形態に係る逆演算部の演算結果の異なる例を示す図である。 実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。 シミュレーションしたＣＣＤＦの特性を示す図である。 シミュレーションしたＢＥＲの特性を示す図である。 シミュレーションしたＢＥＲの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、演算部１４、合成部１５、送信部１６、およびコントローラ２０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、受信側合成部３４、逆演算部３５、分割部３６、受信部３７、および送受信切替部３８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、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を行って変換後データを生成し、変換後データを演算部１４に送る。

演算部１４は、それぞれが定めた値の範囲であるレンジであって、互いに値の範囲が重複しないレンジ、およびレンジごとに定めた振幅係数および補正係数を用い、レンジのそれぞれについて、変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた振幅係数である複素数を加算し、変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する。

レンジの数は任意であり、１つのレンジを用いるよう構成してもよい。ただし、変換後データの各要素がいずれか１つのレンジに属するようにレンジを定める必要がある。例えばＭ個のレンジを用いて、絶対値が閾値τ_１より大きい値の範囲をレンジ１とし、絶対値が閾値τ_１以下であって閾値τ_２より大きい値の範囲をレンジ２とし、絶対値が閾値がτ_ｋ−１以下であって閾値τ_ｋより大きい値の範囲をレンジｋとし、絶対値が閾値τ_Ｍ−１以下である値の範囲をレンジＭとする。ここでＦＦＴサイズをＮとし、変換後データの任意の要素ｕ_ｉをｘ_ｉ＋ｊｙ_ｉで表す。ただしｊは虚数単位である。変換後データの要素ｕ_ｉの偏角を下記（１）式で表す。なおｘ_ｉ＝０であって、ｙ_ｉ＞０であれば偏角はπ／２であり、ｘ_ｉ＝０であって、ｙ_ｉ＜０であれば偏角は３π／２である。またｘ_ｉ＝ｙ_ｉ＝０の場合は、該要素の偏角は予め定めた任意の値とする。

レンジｋに対して定めた振幅係数をα_ｋとすると、レンジｋについて、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた振幅係数である複素数を加算した結果は、下記（２）式で表される。ｖ_ｉ ^（ｋ）の添え字の括弧内の数字はレンジを識別するための番号である。振幅係数α_ｋ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。また振幅係数α_ｋは、いずれのレンジにおいても、値が０でない変換後データの要素ｕ_ｉについて、下記（２）式で表される演算結果が０にならないような値とする。例えば、振幅係数α_ｋとして正数を用いた場合には、いずれのレンジにおいても、変換後データの各要素の、下記（２）式で表される演算結果は０にならない。

またレンジｋに対して定めた補正係数をβ_ｋとすると、レンジｋについて、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた補正係数である複素数で置き換えた結果は、下記（３）式で表される。

ここで一例として、レンジｋに対して定めた補正係数β_ｋを、下記（４）式で定義する。閾値τ_ｋはレンジｋの下限値である。γ_ｋはレンジｋに対して定めた閾値補正係数であり、任意の実数であるとする。

演算部１４は、例えば以下のように演算処理を行う。図３は、実施の形態に係るＩＦＦＴ部の演算結果の例を示す図である。軸は要素、縦軸は要素の値を表す。説明を簡易化するため、ＩＦＦＴ部１３の演算結果である変換後データの各要素が実数である場合について説明する。この場合のＦＦＴサイズは１６である。ここで一例として、演算部１４は、絶対値が閾値τ_１より大きい値の範囲をレンジ１とし、絶対値が閾値τ_１以下であって閾値τ_２より大きい値の範囲をレンジ２とし、絶対値が閾値がτ_２以下であって閾値τ_３より大きい値の範囲をレンジ３とし、絶対値が閾値τ_３以下である値の範囲をレンジ４として定めた４個のレンジを用いるとする。

図４は、実施の形態に係る演算部が行う演算処理の例を示す図である。横軸は要素、縦軸は要素の値を表す。図４（ａ）はレンジ１、図４（ｂ）はレンジ２、図４（ｃ）はレンジ３、図４（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、図３に示す変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素を黒丸で表し、絶対値が該レンジに属さない要素を白丸で表したものである。演算部１４は、各要素に上述の演算処理を施す。黒丸で表された要素の演算結果は上記（２）式で表され、白丸で表された要素の演算結果は上記（３）式で表される。

図５は、実施の形態に係る演算部の演算結果の例を示す図である。図５（ａ）はレンジ１、図５（ｂ）はレンジ２、図５（ｃ）はレンジ３、図５（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、図３に示す変換後データの各要素を点線の白丸で表し、上述の演算を施して生成した演算データを黒丸で表したものである。この場合は、レンジごとに定めた補正係数が互いに同じ値となるように、振幅係数および閾値補正係数を定めた。

図６は、実施の形態に係るＩＦＦＴ部の演算結果の信号点配置図の例を示す図である。ＦＦＴサイズを２０４８とし、あるランダムデータを入力信号としてシミュレーションを行い、ＦＦＴ部１３が生成した変換後データを図示した。図７は、実施の形態に係る演算部が行う演算処理に対応する信号点配置図の例を示す図である。図３と同様に４つのレンジを用意し、閾値τ_１＝０．０５、閾値τ_２＝０．０４、閾値τ_３＝０．０２とし、振幅係数α_１＝０．０３、振幅係数α_２＝０．０４、振幅係数α_３＝０．０６、振幅係数α_４＝０．０８、閾値補正係数γ_１、γ_２、γ_３、γ_４を０．０１とした。図７（ａ）はレンジ１、図７（ｂ）はレンジ２、図７（ｃ）はレンジ３、図７（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、絶対値が該レンジに属さない要素を０として、絶対値が該レンジに属する要素を図示したものである。

図８は、実施の形態に係る演算部の演算結果の信号点配置図の例を示す図である。図８（ａ）はレンジ１、図８（ｂ）はレンジ２、図８（ｃ）はレンジ３、図８（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、図６に示す変換後データに、上述の演算を施して生成した演算データを表したものである。図８（ｅ）は、各演算データを並べて合成したデータの信号点配置図を表す。図６に示す変換後データに上述の演算を施すことで、複素平面上の点が、複素平面の原点を中心とする円周上に移動していることがわかる。この移動により、後述するようにＰＡＰＲを低減することが可能となる。

図９は、実施の形態に係る演算部の演算結果の異なる例を示す図である。図９（ａ）はレンジ１、図９（ｂ）はレンジ２、図９（ｃ）はレンジ３、図９（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、変換後データの各要素を点線の白丸で表し、上述の演算を施して生成した演算データを黒丸で表したものである。この場合は、レンジごとに定めた補正係数が互いに異なる値となるように、振幅係数および閾値補正係数を定めた。

図１０は、実施の形態に係る演算部の演算結果の信号点配置図の異なる例を示す図である。４つのレンジを用意し、閾値τ_１＝０．０５、閾値τ_２＝０．０４、閾値τ_３＝０．０２とし、振幅係数α_１＝０．０３、振幅係数α_２＝０．０４、振幅係数α_３＝０．０６、振幅係数α_４＝０．０８、閾値補正係数γ_１＝０．０１、γ_２＝０．０２、γ_３＝０．０３、γ_４＝０．０４とした。図１０（ａ）はレンジ１、図１０（ｂ）はレンジ２、図１０（ｃ）はレンジ３、図１０（ｄ）はレンジ４のそれぞれについて、図６に示す変換後データに、上述の演算を施して生成した演算データを表したものである。図１０（ｅ）は、各演算データを並べて合成したデータの信号点配置図を表す。この場合についても、図６に示す変換後データに上述の演算を施すことで、複素平面上の点が、複素平面の原点を中心とする円周上に移動していることがわかる。この移動により、後述するようにＰＡＰＲを低減することが可能となる。

演算部１４は、レンジのそれぞれについて、変換後データの各要素に上述の演算を施して生成した演算データを、合成部１５に送る。

合成部１５は、演算データを並べて合成し、合成したデータに基づきベースバンド信号を生成する。演算部１４で変換後データに上述の演算を施して生成した演算データを、並べて合成したデータは、下記（５）式で表される。すなわち、合成したデータの要素の数は、ＦＦＴサイズに演算データの数を乗算した値となる。なお演算データを並べる順序については、下記（５）式に表すような順序に限られない。

合成部１５は、ベースバンド信号を送信部１６に送る。送信部１６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。

図１１は、実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。変調部１１は、入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成し、直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換し、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（ステップＳ１１０）。ＩＦＦＴ部１３は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行って変換後データを生成する（ステップＳ１２０）。

演算部１４は、レンジのそれぞれについて、変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた振幅係数である複素数を加算し、変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する（ステップＳ１３０）。

合成部１５は、演算データを並べて合成し、合成したデータに基づきベースバンド信号を生成する（ステップＳ１４０）。送信部１６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（ステップＳ１５０）。ステップＳ１５０の送信処理が完了すると、処理を終了する。

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、分割部３６に送る。分割部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。分割部３６は、並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する。所定の数とは、送信側の演算部１４で生成した演算データの数であり、サブ並列信号はそれぞれ対応する送信側の演算部１４で生成した演算データに一致する。したがって、送信側の演算部１４で１つのレンジを用いた場合には、サブ並列信号の数は１つであるので、並列信号をサブ並列信号として後続の処理を行う。分割部３６は、サブ並列信号を逆演算部３５に送る。

逆演算部３５は、サブ並列信号ごとに定めた、それぞれが定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する。

サブ並列信号に対して定めたレンジとは、該サブ並列信号に一致する演算データを生成するために、送信側の演算部１４で用いたレンジであり、サブ並列信号に対して定めた振幅係数とは、送信側の演算部１４で用いた該レンジに対して定めた振幅係数である。受信側では送信側の合成部１５で演算データを合成する際の演算データの並び順、該演算データに対応する送信側の演算部１４で用いたレンジ、および該レンジごとに定めた振幅係数および補正係数についての情報を予め保持しているものとする。

例えば送信側の演算部１４でＭ個のレンジを用いた場合、絶対値が閾値τ’_１以下であって閾値τ’_２より大きい値の範囲を受信側レンジ１とし、絶対値が閾値τ’_２以下であって閾値τ’_３より大きい値の範囲を受信側レンジ２とし、絶対値が閾値がτ’_ｋ以下であって閾値τ’_ｋ＋１より大きい値の範囲を受信側レンジｋとし、絶対値が閾値τ’_Ｍ以下である値の範囲を受信側レンジＭとする。

逆演算部３５は、例えば各受信側レンジの上限値として下記（６）式で表される閾値を用いる。式中のδ_ｋは、レンジごとに定めた受信側閾値補正係数である。受信側閾値補正係数は、任意の値であり、伝送路において受ける雑音の影響を考慮して好適な値を定めればよい。

サブ並列信号の任意の要素ｖ_ｉ ^（ｋ）をｘ’_ｉ＋ｊｙ’_ｉで表し、上記（１）式と同様に、該要素の偏角を下記（７）式で表す。

あるサブ並列信号に対して定めたレンジをレンジｋとすると、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素に、上述の演算を施した結果は、下記（８）式で表される。ｖ_ｉ ^（ｋ）およびｗ_ｉ ^（ｋ）の添え字の括弧内の数字は、サブ並列信号を識別するための番号である。

逆演算部３５は、例えば以下のように演算処理を行う。図１２は、実施の形態に係る逆演算部が行う演算処理の例を示す図である。横軸は要素、縦軸は要素の値を表す。並列信号を４等分して生成したサブ並列信号をそれぞれ、サブ並列信号１、サブ並列信号２、サブ並列信号３、サブ並列信号４とし、それぞれ図５に示す演算データに一致するものとする。逆演算部３５は、サブ並列信号のそれぞれについて、同じ補正係数βに同じ受信側閾値補正係数δを加算した値を、該サブ並列信号に対して定めた受信側レンジの上限値として用いる。図１２（ａ）はサブ並列信号１、図１２（ｂ）はサブ並列信号２、図１２（ｃ）はサブ並列信号３、図１２（ｄ）はサブ並列信号４のそれぞれについて、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属する要素を白丸で表し、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属さない要素を黒丸で表したものである。逆演算部３５は、サブ並列信号の各要素に上述の演算を施す。黒丸で表された要素の演算結果は上記（８）式で表され、白丸で表された要素の演算結果は０である。

図１３は、実施の形態に係る逆演算部の演算結果の例を示す図である。横軸は要素、縦軸は要素の値を表す。図１３（ａ）はサブ並列信号１、図１３（ｂ）はサブ並列信号２、図１３（ｃ）はサブ並列信号３、図１３（ｄ）はサブ並列信号４のそれぞれについて、サブ並列信号の各要素を点線の白丸で表し、上述の演算を施して生成した逆演算データを黒丸で表したものである。図５に示すように、送信側の演算部１４でレンジごとに定めた補正係数が互いに同じ値となるようにした場合には、受信側においては受信側レンジのそれぞれについて、同じ補正係数βに同じ受信側閾値補正係数δを加算した値を、受信側レンジの上限値として用いることができる。

図１４は、実施の形態に係る逆演算部が行う演算処理の異なる例を示す図である。この場合は、サブ並列信号のそれぞれが、図９に示す演算データに一致するものとする。逆演算部３５は、絶対値が閾値τ’_１以下であって閾値τ’_２より大きい値の範囲を受信側レンジ１とし、絶対値が閾値τ’_２以下であって閾値τ’_３より大きい値の範囲を受信側レンジ２とし、絶対値が閾値τ’_３以下であって閾値τ’_４より大きい値の範囲を受信側レンジ３とし、絶対値が閾値τ’_４以下である値の範囲を受信側レンジ４とする。

上記（６）式で表されるように、サブ並列信号に一致する演算データに対して定めた、送信側の演算部１４で用いた補正係数β_ｋにサブ並列信号ごとに定めた受信側閾値補正係数δ_ｋを加算した値τ’_ｋを、該サブ並列信号に対して定めたレンジの上限値として用いる。図１４（ａ）はサブ並列信号１、図１４（ｂ）はサブ並列信号２、図１４（ｃ）はサブ並列信号３、図１４（ｄ）はサブ並列信号４のそれぞれについて、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属する要素を白丸で表し、絶対値が該サブ並列信号に対して定めたレンジに属さない要素を黒丸で表したものである。逆演算部３５は、サブ並列信号の各要素に上述の演算を施す。黒丸で表された要素の演算結果は上記（８）式で表され、白丸で表された要素の演算結果は０である。

図１５は、実施の形態に係る逆演算部の演算結果の異なる例を示す図である。図１５（ａ）はサブ並列信号１、図１５（ｂ）はサブ並列信号２、図１５（ｃ）はサブ並列信号３、図１５（ｄ）はサブ並列信号４のそれぞれについて、サブ並列信号の各要素を点線の白丸で表し、上述の演算を施して生成した逆演算データを黒丸で表したものである。

逆演算部３５は、サブ並列信号のそれぞれについて、サブ並列信号の各要素に上述の演算を施して生成した逆演算データを、受信側合成部３４に送る。

受信側合成部３４は、逆演算データを合算し、合算したデータをＦＦＴ部３３に送る。ＦＦＴサイズがＮ個の場合にレンジの数をＭ個とすると、合算したデータは、下記（９）式で表される。図１３、図１５に示す逆演算データを合算すると、それぞれ図３に示す変換後データを得ることができる。

ＦＦＴ部３３は、受信側合成部３４から送られた、逆演算データを合算したデータの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。

図１６は、実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。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する（ステップＳ２１０）。分割部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（ステップＳ２２０）。分割部３６は、並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する（ステップＳ２３０）。

逆演算部３５は、サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対応付けたレンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対応付けたレンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対応付けた振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する（ステップＳ２４０）。

受信側合成部３４は、逆演算データを合算し、ＦＦＴ部３３は、逆演算データを合算したデータのＦＦＴを行い、サブキャリア変調信号を生成する（ステップＳ２５０）。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て直列信号を生成し、復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する（ステップＳ２６０）。ステップＳ２６０の復調処理が完了すると、処理を終了する。

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。ＦＦＴサイズが１６の場合に、ＩＦＦＴ部１３で生成した変換後データｕが下記（１０）式で表されるとする。添え字のＴは行列を転置表示していることを示す。

ここで一例として、演算部１４は、図３と同様に４つのレンジを用意し、閾値τ_１＝６、閾値τ_２＝４、閾値τ_３＝２とし、振幅係数α_１＝０、振幅係数α_２＝２、振幅係数α_３＝４、振幅係数α_４＝６、閾値補正係数γ_１、γ_２、γ_３、γ_４を０．５として演算処理を行う。

演算部１４は、レンジのそれぞれについて、上記（１０）式で表される変換後データｕの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた振幅係数である複素数を加算し、上記（１０）式で表される変換後データｕの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する。演算データのそれぞれは、下記（１１）式で表される。

合成部１５は、下記（１２）式で表されるように演算データを並べて合成し、合成したデータからベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。送信部１６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、分割部３６に送る。分割部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。分割部３６は、並列信号を並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する。

ここで一例として、逆演算部３５は、図１２と同様に、サブ並列信号ごとに同じ補正係数β＝５．５に同じ受信側閾値補正係数δ＝０．２５を加算した値を、該サブ並列信号に対して定めたレンジの上限値として用いる。

逆演算部３５は、サブ並列信号に対して定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対応付けたレンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対応付けたレンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対応付けた振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する。逆演算データのそれぞれは、下記（１３）式で表される。

受信側合成部３４は、逆演算データを合算し、合算したデータをＦＦＴ部３３に送る。合算したデータは、上記（１０）式に一致する。したがって、受信側で入力信号を復元できることがわかる。

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、各レンジについて、ＩＦＦＴ後のデータに所定の演算を施して生成した演算データを合成して、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実施の形態に係る発明の効果を説明する。変調方式をＱＰＳＫとし、ＦＦＴサイズを２０４８として、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１７は、シミュレーションしたＣＣＤＦの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図３と同様に４つのレンジを用意し、閾値τ_１＝０．０５、閾値τ_２＝０．０４、閾値τ_３＝０．０２とし、振幅係数α_１＝０．０３、振幅係数α_２＝０．０４、振幅係数α_３＝０．０６、振幅係数α_４＝０．０８とした。また閾値補正係数γ_１、γ_２、γ_３、γ_４を同じ値γとし、補正係数β_ｋは、上記（４）式で表されるものとし、γの値を変えてシミュレーションを行った。

従来技術のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が太い実線のグラフであり、本実施の形態においてγ＝０．０２とした場合のＣＣＤＦ特性が細い実線のグラフであり、γ＝０．０３の場合が点線のグラフであり、γ＝０．０４の場合が一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はいずれの場合も従来技術と比べて低減されている。また閾値補正係数γを小さくするにつれて、ＰＡＰＲがより低減されていることがわかる。上述のシミュレーションでは、閾値補正係数γの値を変化させたが、振幅係数α_ｋおよび補正係数β_ｋの値を変化させてもよい。補正係数β_ｋと振幅係数α_ｋの差分が小さくなるようにすることで、ＰＡＰＲを低減することができる。

γ＝０．０１として、サブキャリア変調信号の各要素の位相が同じである同一信号を入力信号としてシミュレーションを行った場合のＰＡＰＲは、従来技術が３３．１ｄＢであるのに対し、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは２３．２ｄＢとなり、ＰＡＰＲが大きく改善した。なおレンジの数を増やすことで、ＰＡＰＲを低減することができるが、レンジの増加により伝送率が悪化する。

同様にＢＥＲについてのシミュレーションを行った。受信側閾値補正係数δ_１、δ_２、δ_３、δ_４を同じ値δとし、δ＝γ／２として、シミュレーションを行った。図１８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グラフであり、本実施の形態においてγ＝０．０２とした場合のＢＥＲがプロット点を三角で表したグラフであり、γ＝０．０３とした場合のＢＥＲがプロット点を丸で表したグラフであり、γ＝０．０４とした場合のＢＥＲがプロット点を菱形で表したグラフである。γ＝０．０３およびγ＝０．０４の場合は、従来技術よりもＢＥＲが改善しているが、γ＝０．０２の場合は、従来技術よりもＢＥＲが劣化しており、γを小さくするにつれて、ＢＥＲが劣化することがわかる。これは、γを小さくすることで、上記（２）式で表される演算結果と上記（３）式で表される演算結果との差が小さくなり、伝送中に雑音の影響を受けると、受信側で上記（２）式の演算結果と上記（３）式の演算結果とを正しく区別することができなくなるためである。

レンジの数、振幅係数、および閾値を上述のシミュレーションと同じ値とし、閾値補正係数γ＝０．０４とし、受信側閾値補正係数δ_１、δ_２、δ_３、δ_４を同じ値δとし、δの値を変えてシミュレーションを行った。横軸はＥｂ／Ｎｏ（単位：ｄＢ）、縦軸はＢＥＲ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δ＝０．０１とした場合のＢＥＲがプロット点を三角で表した実線のグラフであり、δ＝０．０２とした場合のＢＥＲがプロット点を丸で表した実線のグラフであり、δ＝０．０３とした場合のＢＥＲがプロット点を菱形で表した実線のグラフであり、δ＝０．０３５とした場合のＢＥＲがプロット点を四角で表した点線のグラフである。この場合は、δ＝０．０３が、受信側で上記（２）式で表される演算結果と上記（３）式で表される演算結果とを正しく区別することができる好適な値であることがわかる。したがって、送信側で用いたレンジの数、振幅係数、補正係数、および閾値補正係数に応じて好適な受信側閾値補正係数を用いるよう構成すればよい。

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。また予めシミュレーションを行って、好適な振幅係数、補正係数、閾値補正係数および受信側閾値補正係数の組み合わせを検出することで、ＢＥＲを従来技術よりも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、各レンジについて、ＩＦＦＴ後のデータに所定の演算を施して生成した演算データを合成して、ベースバンド信号を生成することでＰＡＰＲを低減できることがわかった。また送信側で用いたレンジの数、振幅係数、補正係数、閾値補正係数、および受信側閾値補正係数を変更することでＰＡＰＲの低減の程度および符号誤り率を制御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
１３ ＩＦＦＴ部
１４ 演算部
１５ 合成部
１６ 送信部
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ Ｉ／Ｏ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ 復調部
３２ 並直列変換部
３３ ＦＦＴ部
３４ 受信側合成部
３５ 逆演算部
３６ 分割部
３７ 受信部
３８ 送受信切替部

Claims (6)

1. 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変換後データを生成するＩＦＦＴ手段と、
   それぞれが定めた値の範囲であるレンジであって、互いに値の範囲が重複しない前記レンジ、および前記レンジごとに定めた振幅係数および補正係数を用い、前記レンジのそれぞれについて、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記振幅係数である複素数を加算し、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する演算手段と、
   前記演算手段で前記レンジのそれぞれについて生成した前記演算データを並べて合成し、合成したデータに基づき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。
2. 前記演算手段は、複数個の前記レンジを用いることを特徴とする請求項１に記載の通信機。
3. 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、
   前記並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する分割手段と、
   前記サブ並列信号ごとに定めた、それぞれが定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、前記サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記レンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する逆演算手段と、
   前記逆演算手段で前記サブ並列信号のそれぞれについて生成した前記逆演算データを合算し、合算した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。
4. 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変換後データを生成するＩＦＦＴステップと、
   それぞれが定めた値の範囲であるレンジであって、互いに値の範囲が重複しない前記レンジ、および前記レンジごとに定めた振幅係数および補正係数を用い、前記レンジのそれぞれについて、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属する要素に、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記振幅係数である複素数を加算し、前記変換後データの要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素を、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該レンジに対して定めた前記補正係数である複素数で置き換えて演算データを生成する演算ステップと、
   前記演算ステップで前記レンジのそれぞれについて生成した前記演算データを並べて合成し、合成したデータに基づき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。
5. 前記演算ステップにおいて、複数個の前記レンジを用いることを特徴とする請求項４に記載の通信方法。
6. 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、
   前記並列信号を所定の数に等分割してサブ並列信号を生成する分割ステップと、
   前記サブ並列信号ごとに定めた、それぞれが定めた値の範囲であるレンジおよび振幅係数を用い、前記サブ並列信号のそれぞれについて、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記レンジに属する要素を０で置き換え、該サブ並列信号の要素の内、絶対値が該レンジに属さない要素から、偏角が該要素と同じであり、絶対値が該サブ並列信号に対して定めた前記振幅係数である複素数を減算して逆演算データを生成する逆演算ステップと、
   前記逆演算ステップで前記サブ並列信号のそれぞれについて生成した前記逆演算データを合算し、合算した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。

Images