JP5949202B2

JP5949202B2 - 通信機および通信方法

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Publication number: JP5949202B2
Application number: JP2012139629A
Authority: JP
Inventors: 延良西川
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP2014007445A

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を時間方向に等分割してサブデータを生成し、互いに値が異なる、前記サブデータの個数と同じ個数の振幅係数の集合である振幅データ系列を用いて、前記サブデータと前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記サブデータの各要素に該サブデータに対応付けられた前記振幅データ系列の要素を乗算して、演算後サブデータを生成する演算手段と、
前記演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータを生成する並び替え手段と、
前記並び替えデータの逆高速フーリエ変換を行うＩＦＦＴ手段と、
前記ＩＦＦＴ手段の演算結果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のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定手段と、
前記ピーク対平均電力比が前記所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、前記並び替え手段において前記演算後サブデータを並べる前記所定の順序を変えて、前記並び替え手段、前記ＩＦＦＴ手段、前記合成手段、および前記判定手段の処理を繰り返し行う制御手段と、
前記所定の基準に合致する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。

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、高速フーリエ変換を行い、並列信号を生成するＦＦＴ手段と、
前記並列信号を等分割してサブ並列信号を生成し、前記サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出するＲＭＳ演算手段と、
互いに値が異なる、前記サブ並列信号の個数と同じ個数の振幅係数の集合である所定の振幅データ系列を用いて、前記サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および前記振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、前記サブ並列信号と前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記振幅データ系列の要素の並び順に従って前記サブ並列信号を並べ、前記サブ並列信号の各要素を該サブ並列信号に対応付けられた前記振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する逆演算手段と、
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を時間方向に等分割してサブデータを生成し、互いに値が異なる、前記サブデータの個数と同じ個数の振幅係数の集合である振幅データ系列を用いて、前記サブデータと前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記サブデータの各要素に該サブデータに対応付けられた前記振幅データ系列の要素を乗算して、演算後サブデータを生成する演算ステップと、
前記演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータを生成する並び替えステップと、
前記並び替えデータの逆高速フーリエ変換を行うＩＦＦＴステップと、
前記ＩＦＦＴステップの演算結果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のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定ステップと、
前記ピーク対平均電力比が前記所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、前記並び替えステップにおいて前記演算後サブデータを並べる前記所定の順序を変えて、前記並び替えステップ、前記ＩＦＦＴステップ、前記合成ステップ、および前記判定ステップの処理を繰り返し行う制御ステップと、
前記所定の基準に合致する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。

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、高速フーリエ変換を行い、並列信号を生成するＦＦＴステップと、
前記並列信号を等分割してサブ並列信号を生成し、前記サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出するＲＭＳ演算ステップと、
互いに値が異なる、前記サブ並列信号の個数と同じ個数の振幅係数の集合である所定の振幅データ系列を用いて、前記サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および前記振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、前記サブ並列信号と前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記振幅データ系列の要素の並び順に従って前記サブ並列信号を並べ、前記サブ並列信号の各要素を該サブ並列信号に対応付けられた前記振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する逆演算ステップと、
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および並び替え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ＲＭＳ演算部および逆演算部が行う逆演算処理の例を示す図である。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。

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、演算部１３、並び替え部１４、ＩＦＦＴ部１５、合成部１６、判定部１７、送信部１８、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、逆演算部３３、ＲＭＳ演算部３４、ＦＦＴ部３５、受信部３６および送受信切替部３７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。所定の変調方式とは、変調後のデータが取り得る値の絶対値が互いに同じである変調方式であり、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）である。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演算部１３に送る。

演算部１３は、サブキャリア変調信号を時間方向に等分割してサブデータを生成する。例えば、演算部１３は、下記（１）式で表されるようにサブキャリア変調信号ｄを４等分して、サブデータｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４を生成する。サブキャリア変調信号ｄの要素の数をＮとすると、サブデータの各要素は、下記（２）式で表される。添え字のＴは行列を転置表示していることを意味する。

演算部１３は、サブデータと同じ個数の互いに値が異なる振幅係数の集合である振幅データ系列を用意する。例えば演算部１３は、下記（３）式で表される、振幅係数α_１、α_２、α_３、α_４から成る振幅データ系列を用意する。振幅データ系列の各要素の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)を考慮して予め定められている。

演算部１３は、サブデータと振幅データ系列の要素を一対一で対応付ける。例えば演算部１３は、サブデータｓ_１と振幅係数α_１、サブデータｓ_２と振幅係数α_２、サブデータｓ_３と振幅係数α_３、サブデータｓ_４と振幅係数α_４、をそれぞれ対応付ける。演算部１３は、サブデータの各要素に、該サブデータに対応付けられた振幅データ系列の要素を乗算し、演算後サブデータを生成し、並び替え部１４に送る。

並び替え部１４は、演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータｄ’^（ｐ _１ ^ｐ _２ ^ｐ _３ ^ｐ _４ ^）を生成し、ＩＦＦＴ部１５に送る。添え字のｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４は、演算後サブデータを示す番号であり、（ｐ_１ｐ_２ｐ_３ｐ_４）は、演算後サブデータを並べる順序を示す。例えば、演算後サブデータを、演算部１３で分割したときの位置に並べて生成した並び替えデータｄ’^{（１２３４）}は、下記（４）式で表される。また１番目の演算後サブデータと２番目の演算後サブデータの位置を入れ替え、３番目の演算後サブデータと４番目の演算後サブデータの位置を入れ替えて生成した並び替えデータｄ’^{（２１４３）}は、下記（５）式で表される。

図３は、実施の形態に係る演算部および並び替え部が行う演算処理の例を示す図である。図３（ａ）は、サブキャリア変調信号であり、図３（ｂ）は、演算後サブデータである。図３（ｃ）は、上記（５）式で表される、並び替え部１４で演算後サブデータを並び替えて生成した並び替えデータｄ’^{（２１４３）}である。

ＩＦＦＴ部１５は、並び替えデータｄ’^（ｐ _１ ^ｐ _２ ^ｐ _３ ^ｐ _４ ^）のＩＦＦＴを行い、演算結果を合成部１６に送る。ＩＦＦＴ部１５の演算結果ｕ^（ｐ _１ ^ｐ _２ ^ｐ _３ ^ｐ _４ ^）は、下記（６）式で表される。

合成部１６は、ＩＦＦＴ部１５の演算結果ｕ^（ｐ _１ ^ｐ _２ ^ｐ _３ ^ｐ _４ ^）を合成してベースバンド信号を生成し、判定部１７に送る。

判定部１７は、ベースバンド信号のＰＡＰＲを算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する。ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致しない場合には、並び替え部１４は、演算後サブデータを並べる順序を変えて、新たな並び替えデータを生成する。ＩＦＦＴ部１５、合成部１６、および判定部１７は、新たな並び替えデータに基づき上述の処理を行うことを、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するベースバンド信号を検出するまで繰り返す。コントローラ２０は、並び替え部１４、ＩＦＦＴ部１５、合成部１６、および判定部１７が上述の処理を繰り返すよう制御し、制御手段としての動作を行う。

ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致する場合には、判定部１７は、ベースバンド信号を送信部１８に送る。判定部１７は、演算後サブデータを並べる順序の全てについて上述の処理を繰り返し、最もＰＡＰＲが低いベースバンド信号を検出するように、またはＰＡＰＲが所定の値より小さいベースバンド信号を検出するように構成することができる。

送信部１８は、受け取ったベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３７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４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）。

演算部１３は、サブキャリア変調信号を時間方向に等分割してサブデータを生成し、サブデータの各要素に該サブデータに一対一で対応付けられた振幅データ系列の要素を乗算する（ステップＳ１２０）。並び替え部１４は、演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータを生成する（ステップＳ１３０）。ＩＦＦＴ部１５は、並び替えデータのＩＦＦＴを行う（ステップＳ１４０）。合成部１６はＩＦＦＴ部１５の演算結果を合成してベースバンド信号を生成する（ステップＳ１５０）。

判定部１７は、ベースバンド信号のＰＡＰＲを算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する（ステップＳ１６０）。所定の基準に合致しない場合には（ステップＳ１７０：Ｎ）、ステップＳ１３０に戻り、演算後サブデータを並べる順序を変えて上述の処理を繰り返す。所定の基準に合致する場合には（ステップＳ１７０：Ｙ）、送信部１８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３７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Ｓ１８０）。ステップＳ１８０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３６は、アンテナ１０および送受信切替部３７を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、ＦＦＴ部３５に送る。ＦＦＴ部３５は、ベースバンド信号を直並列変換し、ＦＦＴを行って並列信号を生成し、並列信号をＲＭＳ演算部３４に送る。並列信号は、送信側の並び替え部１４で生成した並び替えデータに一致する。

ＲＭＳ演算部３４は、並列信号を等分割してサブ並列信号を生成する。サブ並列信号の数は、演算部１３で生成したサブデータの数と同じである。受信側ではサブデータの数について予め情報を保持しているものとする。ＲＭＳ演算部３４は、例えば下記（７）式で表されるように、並列信号ｒを４等分し、サブ並列信号ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４を生成する。

ＲＭＳ演算部３４は、サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出する。サブ並列信号ごとの二乗平均平方根とは、サブ並列信号の各要素の絶対値の二乗の平均値を算出し、該平均値の平方根を算出したものである。サブ並列信号の各要素は複素数であるから、サブ並列信号の各要素と該要素の共役複素数を乗算することで、サブ並列信号の各要素の絶対値の二乗を算出することができる。直並列変換部１２で生成したサブキャリア変調信号の各要素の絶対値は同じであるから、サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係は、演算部１３で用いた振幅データ系列の要素の大小関係により決定される。ＲＭＳ演算部３４は、サブ並列信号および該サブ並列信号の二乗平均平方根を逆演算部３３に送る。

逆演算部３３は、サブ並列信号と同じ個数の互いに値が異なる振幅係数の集合である所定の振幅データ系列を用意する。所定の振幅データ系列は、送信側の演算部１３で用いた上記（３）式で表される振幅データ系列と同じである。受信側では振幅データ系列についての情報を予め保持しているものとする。逆演算部３３は、サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、サブ並列信号と振幅データ系列を一対一で対応付ける。そして、振幅データ系列の要素の並び順に従って、サブ並列信号を並べ、サブ並列信号の各要素を該サブ並列信号に対応付けられた振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する。逆演算部３３は、サブキャリア変調信号を並直列変換部３２に送る。

例えば、演算部１３で用いた振幅データ系列の要素が、α_１＞α_２＞α_３＞α_４の関係を満たし、上記（５）式で表される並び替えデータｄ’^{（２１４３）}に基づくベースバンド信号から送信信号が生成されたとする。サブ並列信号ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４の二乗平均平方根をそれぞれＲＭＳ_１、ＲＭＳ_２、ＲＭＳ_３、ＲＭＳ_４とする。サブ並列信号の二乗平均平方根は振幅データ系列の要素に比例するため、ＲＭＳ_２＞ＲＭＳ_１＞ＲＭＳ_４＞ＲＭＳ_３が成り立つ。逆演算部３３は、サブ並列信号の二乗平均平方根ＲＭＳ_１、ＲＭＳ_２、ＲＭＳ_３、ＲＭＳ_４の大小関係および振幅データ系列の要素α_１、α_２、α_３、α_４の大小関係に基づき、サブ並列信号ｔ_２を振幅係数α_１に、サブ並列信号ｔ_１を振幅係数α_２に、サブ並列信号ｔ_４を振幅係数α_３に、サブ並列信号ｔ_３を振幅係数α_４に、それぞれ対応付ける。

逆演算部３３は、下記（８）式で表されるように、振幅データ系列の要素の並び順α_１、α_２、α_３、α_４に従って、サブ並列信号をｔ_２、ｔ_１、ｔ_４、ｔ_３の順に並べ、該サブ並列信号に対応付けられた振幅データ系列の要素で除算する。上記（５）式より、サブ並列信号ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４は、それぞれα_２・ｓ_２、α_１・ｓ_１、α_４・ｓ_４、α_３・ｓ_３に一致するから、ｒ’＝ｄとなり、サブキャリア変調信号ｄを復元することができる。

図５は、実施の形態に係るＲＭＳ演算部および逆演算部が行う逆演算処理の例を示す図である。図５（ａ）は、並列信号であり、図５（ｂ）は、サブ並列信号の二乗平均平方根である。図５（ｃ）は、振幅データ系列の要素に従ってサブ並列信号を並べた状態であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）に示すサブ並列信号を対応付けた振幅データ系列の要素で除算して復元したサブキャリア変調信号である。

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６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３６は、アンテナ１０および送受信切替部３７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）。ＦＦＴ部３５は、ベースバンド信号を直並列変換し、ＦＦＴを行って並列信号を生成する（ステップＳ２２０）。

ＲＭＳ演算部３４は、並列信号を等分割してサブ並列信号を生成し、サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出する（ステップＳ２３０）。逆演算部３３は、サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、サブ並列信号と振幅データ系列の要素を一対一で対応付ける。そして、振幅データ系列の要素の並び順に従ってサブ並列信号を並べ、サブ並列信号の各要素を対応付けられた振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する（ステップＳ２４０）。

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Ｓ２５０）。ステップＳ２５０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。サブキャリアの数が１６の場合に、演算部１３が生成したサブデータが下記（９）式で表されるとする。演算部１３で用いる振幅データ系列の要素はα_１＞α_２＞α_３＞α_４の関係を満たすものとする。

並び替え部１４、ＩＦＦＴ部１５、合成部１６、判定部１７は上述の処理を行い、上記（５）式で表される並び替えデータｄ’^{（２１４３）}に基づくベースバンド信号から送信信号が生成されたとする。

受信側での処理を以下に説明する。ＲＭＳ演算部３４は、下記（１０）式で表されるように、サブ並列信号の二乗平均平方根をそれぞれ算出する。上記（９）式より、下記（１０）式を変形して、下記（１１）式が導き出される。式中のｒ_ｉは、サブ並列信号の各要素を表す。

サブキャリア変調信号の各要素の絶対値が同じであるため、下記（１２）式が成立する。サブキャリア変調信号の各要素の絶対値の二乗和をβとする。

上記（１２）式より、上記（１１）式を変形して、下記（１３）式が導き出される。

α_１＞α_２＞α_３＞α_４であるから、ＲＭＳ_２＞ＲＭＳ_１＞ＲＭＳ_４＞ＲＭＳ_３が成り立つので、逆演算部３３は、サブ並列信号ｔ_２を振幅係数α_１に、サブ並列信号ｔ_１を振幅係数α_２に、サブ並列信号ｔ_４を振幅係数α_３に、サブ並列信号ｔ_３を振幅係数α_４にそれぞれ対応付ける。逆演算部３３は、上記（８）式と同様に、振幅データ系列の要素の並び順に従って、サブ並列信号を並べ、サブ並列信号の各要素を対応付けられた振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を復元する。

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、サブキャリア変調信号を時間方向に等分割して生成したサブデータに所定の演算を施し、所定の順序に並べて生成した並び替えデータに基づき、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７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、ＦＦＴサイズを２０４８としてサブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、ベースバンド信号を生成する方法である。

図７において、従来技術のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が細い実線のグラフであり、本実施の形態においてα_１＝１．１、α_２＝１．０、α_３＝０．９、α_４＝０．８とした場合（ケース１）のＣＣＤＦ特性が太い実線のグラフである。本実施の形態においてα_１＝１．３、α_２＝１．１、α_３＝０．９、α_４＝０．７とした場合（ケース２）のＣＣＤＦ特性が一点鎖線のグラフであり、α_１＝１．３、α_２＝１．２、α_３＝１．１、α_４＝１．０とした場合（ケース３）のＣＣＤＦ特性が二点鎖線のグラフである。図７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、振幅データ系列の要素の値を変えることでＰＡＰＲの低減の程度が変化することがわかる。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、ケース１のＰＡＰＲは３２．５ｄＢであり、同一信号を用いた場合についてもＰＡＰＲが改善した。

同様にＢＥＲについてのシミュレーションを行った。図８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、ケース１のＢＥＲがプロット点を三角で表したグラフであり、ケース２のＢＥＲがプロット点を丸で表したグラフであり、ケース３のＢＥＲがプロット点を菱形で表したグラフである。ケース３の場合は、従来技術よりＢＥＲが改善していることがわかる。これはケース３においては振幅データ系列の要素の値が全て１以上であり、送信信号の平均電力が従来技術の送信信号の平均電力より高いためである。

本実施の形態に係る発明の送信信号の平均電力の、従来技術の送信信号の平均電力に対する比率は、ケース１が９１．５％、ケース２が１０５％、ケース３が１３３．５％であった。ケース３のように平均電力を高くすることで、従来技術と比べてＰＡＰＲを低減し、さらにＢＥＲを改善することが可能となる。

上述のシミュレーションにより、サブキャリア変調信号を時間方向に等分割して生成したサブデータに所定の演算を施し、所定の順序に並べて生成した並び替えデータに基づき、ベースバンド信号を生成することでＰＡＰＲを低減できることがわかった。また振幅データ系列の要素の値を変更することでＰＡＰＲの低減の程度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）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。演算部１３が行う演算処理は上述の実施の形態に限られない。サブデータの数は任意である。

１通信機
１０アンテナ
１１変調部
１２直並列変換部
１３演算部
１４並び替え部
１５ＩＦＦＴ部
１６合成部
１７判定部
１８送信部
２０コントローラ（制御手段）
２１ＣＰＵ
２２Ｉ／Ｏ
２３ＲＡＭ
２４ＲＯＭ
３１復調部
３２並直列変換部
３３逆演算部
３４ＲＭＳ演算部
３５ＦＦＴ部
３６受信部
３７送受信切替部

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を時間方向に等分割してサブデータを生成し、互いに値が異なる、前記サブデータの個数と同じ個数の振幅係数の集合である振幅データ系列を用いて、前記サブデータと前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記サブデータの各要素に該サブデータに対応付けられた前記振幅データ系列の要素を乗算して、演算後サブデータを生成する演算手段と、
前記演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータを生成する並び替え手段と、
前記並び替えデータの逆高速フーリエ変換を行うＩＦＦＴ手段と、
前記ＩＦＦＴ手段の演算結果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のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定手段と、
前記ピーク対平均電力比が前記所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、前記並び替え手段において前記演算後サブデータを並べる前記所定の順序を変えて、前記並び替え手段、前記ＩＦＦＴ手段、前記合成手段、および前記判定手段の処理を繰り返し行う制御手段と、
前記所定の基準に合致する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。
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、高速フーリエ変換を行い、並列信号を生成するＦＦＴ手段と、
前記並列信号を等分割してサブ並列信号を生成し、前記サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出するＲＭＳ演算手段と、
互いに値が異なる、前記サブ並列信号の個数と同じ個数の振幅係数の集合である所定の振幅データ系列を用いて、前記サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および前記振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、前記サブ並列信号と前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記振幅データ系列の要素の並び順に従って前記サブ並列信号を並べ、前記サブ並列信号の各要素を該サブ並列信号に対応付けられた前記振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する逆演算手段と、
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を時間方向に等分割してサブデータを生成し、互いに値が異なる、前記サブデータの個数と同じ個数の振幅係数の集合である振幅データ系列を用いて、前記サブデータと前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記サブデータの各要素に該サブデータに対応付けられた前記振幅データ系列の要素を乗算して、演算後サブデータを生成する演算ステップと、
前記演算後サブデータを所定の順序で並べて並び替えデータを生成する並び替えステップと、
前記並び替えデータの逆高速フーリエ変換を行うＩＦＦＴステップと、
前記ＩＦＦＴステップの演算結果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のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定ステップと、
前記ピーク対平均電力比が前記所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、前記並び替えステップにおいて前記演算後サブデータを並べる前記所定の順序を変えて、前記並び替えステップ、前記ＩＦＦＴステップ、前記合成ステップ、および前記判定ステップの処理を繰り返し行う制御ステップと、
前記所定の基準に合致する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。
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、高速フーリエ変換を行い、並列信号を生成するＦＦＴステップと、
前記並列信号を等分割してサブ並列信号を生成し、前記サブ並列信号ごとに二乗平均平方根を算出するＲＭＳ演算ステップと、
互いに値が異なる、前記サブ並列信号の個数と同じ個数の振幅係数の集合である所定の振幅データ系列を用いて、前記サブ並列信号の二乗平均平方根の大小関係および前記振幅データ系列の要素の大小関係に基づき、前記サブ並列信号と前記振幅データ系列の要素を一対一で対応付け、前記振幅データ系列の要素の並び順に従って前記サブ並列信号を並べ、前記サブ並列信号の各要素を該サブ並列信号に対応付けられた前記振幅データ系列の要素で除算し、サブキャリア変調信号を生成する逆演算ステップと、
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。