JP6087256B2 - Baseband signal transmitter and receiver - Google Patents
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Description
本開示は、無線通信ネットワークにおいて、無線信号を送受信する基地局と、当該基地局との間でベースバンド信号を送受信するベースバンド処理装置との間の通信技術に関する。 The present disclosure relates to a communication technique between a base station that transmits / receives a radio signal and a baseband processing device that transmits / receives a baseband signal to / from the base station in a wireless communication network.
現在、無線通信ネットワークの柔軟な展開のため、基地局においてベースバンド信号の生成及び無線信号への変換を行うのではなく、基地局とは異なる場所に設置されたベースバンド処理装置においてベースバンド信号を生成する構成が提案されている。この構成において、ベースバンド処理装置は、送信データに基づき変調を行ってベースバンド信号を生成し、生成したベースバンド信号を光ファイバ等の伝送路を使用して基地局に送信し、基地局は受信するベースバンド信号の周波数変換(アップコンバージョン)や増幅処理を行って無線信号として移動端末に向けて送信する。一方、基地局は、移動端末から受信する無線信号の増幅や周波数変換(ダウンコンバージョン)を行ってベースバンド信号に変換し、このベースバンド信号を光ファイバ等の伝送路を使用してベースバンド処理装置に送信し、ベースバンド処理装置は受信したベースバンド信号の復調を行う。 Currently, for flexible deployment of wireless communication networks, baseband signals are not generated in base stations and converted into wireless signals in base stations, but in baseband processing devices installed in different locations from base stations. A configuration for generating is proposed. In this configuration, the baseband processing device generates a baseband signal by performing modulation based on transmission data, transmits the generated baseband signal to the base station using a transmission line such as an optical fiber, and the base station The baseband signal to be received is subjected to frequency conversion (up-conversion) and amplification processing and transmitted as a radio signal to the mobile terminal. On the other hand, the base station performs amplification and frequency conversion (down-conversion) of the radio signal received from the mobile terminal to convert it into a baseband signal, and this baseband signal is subjected to baseband processing using a transmission line such as an optical fiber. The baseband processing device demodulates the received baseband signal.
特許文献1は、基地局とベースバンド処理装置間で送受信されるベースバンド信号の圧縮を行うことを提案している。なお、基地局からベースバンド処理装置への伝送における基地局でのベースバンド信号の圧縮及びベースバンド処理装置での解凍と、ベースバンド処理装置から基地局への伝送におけるベースバンド処理装置でのベースバンド信号の圧縮及び基地局での解凍は同じであるため、以下では、ベースバンド信号の圧縮を行う装置を送信装置と呼び、圧縮されたベースバンド信号の解凍を行う装置を受信装置と呼ぶ。つまり、基地局及びベースバンド処理装置は、それぞれ、送信装置及び受信装置を有している。
特許文献1では、同相(I)及び直交(Q)の2つのベースバンド信号の圧縮を個別に行い、よって、送信装置は、同相及び直交それぞれの圧縮部を必要とし、受信装置も、同相及び直交それぞれの解凍部を必要とする。また、特許文献1では、ベースバンド信号の各サンプルの差分のハフマン符号化等により圧縮を行うため、データ圧縮率が変動し、よって、送信装置から受信装置に送る圧縮したベースバンド信号のデータ速度が可変となる。しかしながら、送信装置と受信装置間の伝送は、固定データレートで行われることが一般的であるため、特許文献1に記載の方法で圧縮したベースバンド信号は、送信装置と受信装置間の伝送に適用し難い。
In
本発明は、上記課題の少なくとも1つを解決する送信装置及び受信装置を提供するものである。 The present invention provides a transmitting apparatus and a receiving apparatus that solve at least one of the above problems.
本発明の一側面によると、送信装置は、所定期間毎に、ベースバンド信号の各サンプル値の分布を判定する判定手段と、前記分布に基づき量子化ステップを決定する決定手段と、前記決定した量子化ステップで、前記ベースバンド信号の各サンプル値の符号化を行う符号化手段と、を備えていることを特徴とする。 According to an aspect of the present invention, the transmission apparatus determines, for each predetermined period, a determination unit that determines a distribution of each sample value of the baseband signal, a determination unit that determines a quantization step based on the distribution, and the determination Encoding means for encoding each sample value of the baseband signal in the quantization step.
固定データレートで、効果的にベースバンド信号を圧縮できる。 The baseband signal can be effectively compressed at a fixed data rate.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、以下の実施形態は例示であり本発明を実施形態の内容に限定するものではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components that are not necessary for describing the embodiment are omitted from the drawings. Moreover, the following embodiment is an illustration and does not limit this invention to the content of embodiment.
図1は、一実施形態による送信装置の概略的な構成図である。同相(I)及び直交(Q)の2つのベースバンド信号は、それぞれ、アナログ・デジタル変換部(ADC)11及び12においてデジタル変換される。なお、本例において、ADC11及び12は、各サンプル値をNビットで符号化(量子化)するものとする。多重部13は、デジタル化された同相及び直交のベースバンド信号をサンプル値毎に時分割多重し、1つのサンプル列として圧縮部14に出力する。圧縮部14は、多重部13からの時分割多重されたベースバンド信号の圧縮処理を行い、圧縮処理されたベースバンド信号(図中では信号と表記)と、量子化情報を送信部15に送信する。なお、圧縮処理の詳細と、送信部15に送信する量子化情報については、後述する。送信部15は、圧縮処理されたベースバンド信号のデータと、量子化情報から、所定構成のフレームを生成して伝送路に送信する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a transmission apparatus according to an embodiment. The two in-phase (I) and quadrature (Q) baseband signals are digitally converted in analog-to-digital converters (ADC) 11 and 12, respectively. In this example, the
図2は、圧縮部14の概略的な構成を示す図である。なお、本例において、圧縮部14は、多重部13から入力されるサンプル列の、Nビットで表現された各サンプル値をMビット(N>M)で再量子化することで圧縮を行う。まず、多重部13からのサンプル列は、バッファ部141に保存されると共に、量子化ステップ算出部144に入力される。量子化ステップ算出部141は、所定期間の各サンプルの振幅値の分布(ヒストグラム)を求める。ここでは、所定期間のサンプル数をSとする。量子化ステップ算出部141は、各区間に含まれるサンプル数の数が(S/2M)でできるだけ均等となる様に、量子化ステップを決定する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
例えば、N=6ビットで、M=3ビットとする。この場合、各サンプルの振幅値は、−32〜+32の64つのいずれかとなる。ここで、図3に示す様に、S個のサンプルの内、振幅の値が15〜31であるもの、5〜14であるもの、2〜4であるもの、0〜1であるもの、−2〜−1であるもの、−5〜−3であるもの、−15〜−6であるもの、−32〜−16であるものがそれぞれS/8個であるものとする。この場合、量子化ステップ算出部141は、振幅の値が15〜31、5〜14、2〜4、0〜1、−2〜−1、−5〜−3、−15〜−6、−32〜−16を、それぞれ1つの量子化ステップとする。
For example, N = 6 bits and M = 3 bits. In this case, the amplitude value of each sample is any one of 64 of −32 to +32. Here, as shown in FIG. 3, among the S samples, those having an amplitude value of 15 to 31, those having 5 to 14, those having 2 to 4, those having 0 to 1, It is assumed that the number is 2 to -1, the number is −5 to −3, the number is −15 to −6, and the number −32 to −16 is S / 8. In this case, the quantization
そして、量子化ステップ算出部144は、各量子化ステップを符号化部142に通知し、符号化部142は、量子化ステップ算出部144から通知された量子化ステップで、バッファ部141から読み出したサンプル値を符号化する。例えば、図3に示す様に量子化ステップを決定した場合の符号化例を図4に示す。図4に示す例において、振幅値が15〜31のサンプル値は"011"に符号化される。なお、量子化ステップ算出部144が決定する各量子化ステップに対応する符号語は、その振幅順に予め決めておくことができる。また、量子化ステップ算出部144が決定した各量子化ステップの境界値を受信装置に通知するため、量子化ステップの境界値を示す量子化情報を、量子化ステップ算出部144は、送信部15に出力する。量子化情報は、例えば、各境界の下側又は上側の値とすることができる。例えば、図5の量子化ステップで境界の下側の値を通知する場合、量子化ステップ算出部144は、値14、4、1、−1、−3、−6、−16を量子化情報とする。
Then, the quantization
なお、図3においては説明を簡略化するため、S個のサンプルを(S/8)で等分できた場合を示しているが、実際には等分できない場合の方が多い。したがって、一般的には、2M個の各量子化ステップに含まれるサンプル数が(S/2M)に最も近くなる様に量子化ステップを決定する。例えば、量子化ステップ算出部144は、各量子化ステップの区間に含まれるサンプル数の最大値と最小値の差が最小となる様に量子化ステップを決定することができる。また、各量子化ステップの区間のサンプル数の差の最大値が最小となる様に量子化ステップを決定することができる。
In FIG. 3, in order to simplify the description, a case where S samples can be equally divided by (S / 8) is shown, but there are more cases where the actual number cannot be equally divided. Therefore, in general, the quantization step is determined so that the number of samples included in each of the 2 M quantization steps is closest to (S / 2 M ). For example, the quantization
図5は、一実施形態による受信装置の概略的な構成図である。受信部21は、送信装置が送信したフレームを受信し、ベースバンド信号のMビットの各サンプル(信号)と、量子化情報をそれぞれ解凍部22に送信する。図6は、解凍部22の概略的な構成図である。Mビットの各サンプルは、バッファ部221に入力され、量子化ステップ算出部223は、量子化情報から、Mビットのサンプル値と、Nビットのサンプル値の関係を求め、復号部222に通知し、復号部222は、Mビットのサンプル値を、Nビットのサンプル値に変換する。このとき、復号部222は、Mビットのサンプル値に含まれるNビットのサンプル値の略中央のNビットのサンプル値に変換する。具体的には、図4の関係でMビットの値が"010"の場合、"9"又は"10"の振幅値を示すNビットのサンプル値に変換され、Mビットの値が"001"の場合、"3"の振幅値を示すNビットのサンプル値に変換される。図5に戻り、分離部23は、解凍部22が出力するNビットのサンプル値を、サンプル毎に分離して、同相及び直交のデジタル化されたベースバンド信号をそれぞれデジタル・アナログ変換器(DAC)24及び25に出力し、デジタル・アナログ変換器24及び25は、それぞれ、アナログのベースバンド信号を出力する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a receiving device according to an embodiment. The
本実施形態では、所定期間毎のサンプル値の分布を調べ、サンプル数が均等になる様に再量子化のための量子化ステップを決定する。つまり、分布が多いサンプル値の近傍では、再量子化の量子化ステップも細かくなるため、再量子化による量子化雑音を抑えつつ、固定レートに圧縮することができる。また、同相及び直交のベースバンド信号のサンプル値を時分割多重して圧縮を行うことで圧縮部14及び解凍部22の数を1つにすることができる。なお、同相及び直交のアナログ・ベースバンド信号の振幅の平均値及び分散値は共に似た値となることが知られており、よって、同相及び直交のベースバンド信号のサンプル値を時分割多重しても、サンプル値の分布の特性が大きく変わることはない。
In this embodiment, the distribution of sample values for each predetermined period is examined, and a quantization step for requantization is determined so that the number of samples becomes equal. That is, in the vicinity of sample values with a large distribution, the quantization step for requantization becomes finer, so that it is possible to compress to a fixed rate while suppressing quantization noise due to requantization. In addition, the number of
<第二実施形態>
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、ヒストグラムにより再量子化ステップを求めていた。本実施形態では、所定期間のサンプルの振幅値の平均値(μ)及び標準偏差(σ)を求め、振幅値の分布を正規分布(N,σ2)に従うものと見做す。その後は、第一実施形態と同様である。つまり、求めた正規分布に従い、含まれるサンプルの数(区間の積分値)が等しくなる様に、量子化ステップを決定する。なお、本実施形態では、量子化情報として、平均値(μ)及び標準偏差(σ)(又は分散)を使用する。
<Second embodiment>
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, the requantization step is obtained from the histogram. In the present embodiment, the average value (μ) and standard deviation (σ) of the amplitude values of the samples for a predetermined period are obtained, and the distribution of the amplitude values is assumed to follow the normal distribution (N, σ 2 ). The subsequent steps are the same as in the first embodiment. That is, according to the obtained normal distribution, the quantization step is determined so that the number of included samples (interval integrated value) becomes equal. In this embodiment, an average value (μ) and a standard deviation (σ) (or variance) are used as quantization information.
Claims (11)
前記分布に基づき量子化ステップを決定する決定手段と、
前記決定した量子化ステップで、前記ベースバンド信号の各サンプル値の符号化を行う符号化手段と、
を備えていることを特徴とする送信装置。 Determination means for determining the distribution of each sample value of the baseband signal for each predetermined period;
Determining means for determining a quantization step based on the distribution;
Encoding means for encoding each sample value of the baseband signal in the determined quantization step;
A transmission device comprising:
前記量子化情報に基づき前記Mビットのサンプル値をNビットのサンプル値に変換する変換手段を備えていることを特徴とする受信装置。 Reception for receiving M-bit (M is an integer equal to or greater than 2) sample value, 2 M quantization steps, and quantization information indicating a relationship between N-bit (N is an integer greater than M) amplitude value A device,
A receiving apparatus comprising: conversion means for converting the M-bit sample value into an N-bit sample value based on the quantization information.
前記正規分布を各区間の積分値が等しくなる様に前記正規分布を2M個の区間に分割することで、2M個の量子化ステップと振幅値との関係を決定する決定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項9に記載の受信装置。 The quantization information is information indicating a normal distribution,
The normal distribution is further divided into 2 M sections so that the integral value of each section becomes equal, and further includes a determination unit that determines a relationship between 2 M quantization steps and amplitude values. The receiving device according to claim 9.
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