JP6140747B2 - 送信装置及び量子化方法 - Google Patents

Description

本開示は、送信装置及び量子化方法に関する。

国際標準規格のＯＲＩ（Open Radio equipment Interface）に準拠するインタフェースでは、ＲＥＣ（Radio Equipment Control）とＲＥ（Radio Equipment）との間のＩＱ信号の転送レートを削減することを目的としてデータ圧縮技術が検討されている（例えば、非特許文献１〜３を参照）。

ＩＱ信号のデータ圧縮技術には、ダウンサンプリング（サンプリングレートの削減）、及び、非線形量子化（伝送ビット数の削減）が含まれる。

非線形量子化では、実部、虚数部(以降、ＩＱと呼ぶ)信号の振幅分布が正規分布を示す特性であることを利用し（例えば、図１（ａ）を参照）、ＩＱ信号の振幅の累積分布関数（ＣＤＦ：Cumulative Distribution Function）を用いて（例えば、図１（ｂ）を参照）、１サンプルあたりの伝送ビット数を削減させるアルゴリズムが採用されている。具体的には、非線形量子化では、入力信号の振幅の発生頻度（生起確率）を考慮し、生起確率がより高い振幅に対応するサンプル値を、生起確率がより低い振幅に対応するサンプル値よりも正確に表わすように（量子化誤差を低減するように）量子化閾値が設定される。すなわち、ＩＱ信号の振幅分布において、生起確率が高い振幅（平均値付近）における量子化閾値の間隔は、生起確率が低い振幅における量子化閾値の間隔よりも狭く設定される（例えば、図１（ｃ）を参照）。

正規分布の累積分布関数ｇ（ｘ）は、次式（１）に示すように、誤差関数（ｅｒｆ）を用いて表現可能である。

ここで、ｘは圧縮されるＩＱ信号（つまり、入力信号）を表す整数値であって、［−２^Ｎ−１，…，２^Ｎ−１−１］の範囲内の値を採る（Ｎは自然数）。例えば、入力信号ｘのサンプル値は、例えば、Ｎ＝１５ビットで表される。また、σは標準偏差を表す。

次いで、式（１）に示す関数ｇ（ｘ）の値は、次式（２）に従って、圧縮後のＩＱ信号のサンプル値ｈ（ｘ）（つまり、量子化データ）に対応付けられる。

ここで、ｈ（ｘ）は量子化データを表す整数値であって、［０，…，２^Ｍ−１］の範囲内の値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。量子化データのサンプル値は、例えば、Ｍ＝１０ビットで表される。また、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。

すなわち、上記例では、非線形量子化によって、Ｎ＝１５ビットの入力信号がＭ＝１０ビットの量子化データに圧縮される。

ETSI GS ORI 001 V4.1.1 (2014-10) ETSI GS ORI 002-1 V4.1.1 (2014-10) ETSI GS ORI 002-2 V4.1.1 (2014-10)

しかしながら、ＩＱ信号の振幅分布が変動する場合には、ＩＱ信号の振幅分布が正規分布に従わない場合も生じ得る。この場合、上述した非線形量子化では、量子化誤差が大きくなってしまう恐れがある。

本開示の一態様の目的は、ＩＱ信号の非線形量子化において量子化誤差を低減することができる送信装置及び量子化方法を提供することである。

本開示の一態様に係る送信装置は、入力信号の振幅分布の尖度を測定する尖度測定部と、前記尖度に応じて補正係数αを決定する決定部と、前記補正係数αを用いて、式（２）、式（３）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、を具備する構成を採る。

本開示の一態様に係る送信装置は、入力信号の振幅分布の歪度を測定する歪度測定部と、前記歪度に応じて補正係数βを決定する決定部と、前記補正係数βを用いて、式（２）、式（４）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、を具備する構成を採る。

本開示の一態様に係る送信装置は、入力信号の振幅分布の尖度を測定する尖度測定部と、前記入力信号の振幅分布の歪度を測定する歪度測定部と、前記尖度に応じて補正係数αを決定し、前記歪度に応じて補正係数βを決定する決定部と、前記補正係数α及び前記補正係数βを用いて、式（２）、式（５）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、を具備する構成を採る。

本開示の一態様に係る量子化方法は、入力信号の振幅分布の尖度を測定し、前記尖度に応じて補正係数αを決定し、前記補正係数αを用いて、式（２）、式（３）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する。

本開示の一態様に係る量子化方法は、入力信号の振幅分布の歪度を測定し、前記歪度に応じて補正係数βを決定し、前記補正係数βを用いて、式（２）、式（４）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する。

本開示の一態様に係る量子化方法は、入力信号の振幅分布の尖度を測定し、前記入力信号の振幅分布の歪度を測定し、前記尖度に応じて補正係数αを決定し、前記歪度に応じて補正係数βを決定し、前記補正係数α及び前記補正係数βを用いて、式（２）、式（５）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する。

本開示の一態様によれば、ＩＱ信号の非線形量子化において量子化誤差を低減することができる。

ＯＲＩの非線形量子化処理におけるＩＱ信号の分布、累積分布関数、量子化閾値の一例を示す図 実施の形態１に係る通信システムの構成例を示すブロック図 尖度の説明に供する図 実施の形態１に係る尖度テーブルの一例を示す図 入力信号ｘと量子化値ｈ（ｘ）との対応関係を示す図 入力信号ｘの中間値と量子化値ｈ（ｘ）との２乗誤差を示す図 入力信号の振幅分布が正規分布である場合の量子化誤差を示す図 実施の形態１に係る入力信号の振幅分布が正規分布である場合の補正係数αの最適値を示す図 実施の形態１に係る補正係数αによる量子化誤差の低減の説明に供する図 実施の形態１に係る補正係数αによる量子化区間の調整の説明に供する図 実施の形態１に係る補正係数αの通知の動作を示すシーケンス図 実施の形態２に係る通信システムの構成例を示すブロック図 歪度の説明に供する図 実施の形態２に係る歪度テーブルの一例を示す図 実施の形態２に係る補正係数αの通知の動作を示すシーケンス図 実施の形態２に係る補正係数αによる量子化区間の調整の説明に供する図 実施の形態３に係る通信システムの構成例を示すブロック図 実施の形態３に係る補正係数α，βの通知の動作を示すシーケンス図 実施の形態３に係る補正係数α，βによる量子化区間の調整の説明に供する図

以下、本開示の一態様に係る各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
［通信システムの構成］
図２は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す。

図２に示す通信システム１０は、送信装置１００と、受信装置２００とを備える。

送信装置１００は、入力信号（ＩＱ信号）に対して非線形量子化を施し、量子化データを光回線を介して受信装置２００へ伝送する。送信装置１００は、ＲＥＣであって、例えば、ＢＢＵ（Base Band Unit）である。なお、送信装置１００は、更に、入力信号のデータレートを変換（ダウンサンプリング）してもよい（図示せず）。

受信装置２００は、送信装置１００から伝送される量子化データに対して逆量子化を施し、逆量子化後の信号（出力信号）を得る。受信装置２００は、ＲＥであって、例えば、ＲＲＨ（Remote Radio Head）である。なお、受信装置２００は、更に、受信信号のデータレートを変換（アップサンプリング）してもよい（図示せず）。

［送信装置１００の構成］
送信装置１００は、標準偏差測定部１０１、尖度測定部１０２、補正係数決定部１０３、制御部１０４、量子化部１０５、多重部１０６、光デバイス１０７を含む構成を採る。

標準偏差測定部１０１は、入力信号の標準偏差σを測定し、測定した標準偏差σを尖度測定部１０２及び制御部１０４に出力する。

尖度測定部１０２は、入力信号、及び、標準偏差測定部１０１から入力される標準偏差σを用いて、入力信号の振幅分布の集中度を示す「尖度」を測定する。尖度測定部１０２は、測定した尖度を示す情報を補正係数決定部１０３に出力する。

図３は、尖度の特性の説明に供する図である。図３に示すように、入力信号の振幅分布が正規分布である場合には、尖度は０となる。また、図３に示すように、入力信号の振幅分布において、正規分布と比較して平均値付近への集中度が高いほど、尖度は正方向に大きな値（図３では０．５）となり、正規分布と比較して平均値付近への集中度が低いほど、尖度は負方向に大きな値（図３では−０．５）となる。

補正係数決定部１０３は、尖度測定部１０２から入力される情報に示される尖度に応じて、非線形量子化に用いる累積分布関数の補正係数（Scaling Factor）αを決定する。補正係数決定部１０３は、決定した補正係数αを制御部１０４に出力する。

補正係数決定部１０３は、尖度の値と補正係数αの値との対応付け（尖度テーブル）を予め保持する。例えば、補正係数決定部１０３は、尖度の値と補正係数αの値との対応付けを示す尖度テーブルにおいて、尖度が０の場合（正規分布の場合）における補正係数αを基準値として予め設定する。補正係数αの基準値は、例えば、計算シミュレーションなどによって求められる（詳細は後述する）。そして、尖度テーブルにおいて、尖度が正方向に大きくなるほど（尖度＞０）、基準値よりも小さい値の補正係数αが対応付けられ、尖度が負方向に大きくなるほど（尖度＜０）、基準値よりも大きい値の補正係数αが対応付けられる（例えば、図４を参照）。

制御部１０４は、標準偏差測定部１０１から入力されるσ、及び、補正係数決定部１０３から入力される補正係数αを含む量子化制御情報を生成し、量子化制御情報を量子化部１０５及び多重部１０６に出力する。

量子化部１０５は、制御部１０４から入力される量子化制御情報（σ，α）を用いて、入力信号に対して非線形量子化を施し、量子化データを算出する。量子化部１０５は、算出した量子化データを多重部１０６に出力する。具体的には、量子化部１０５は、次式（３）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）、及び、式（２）に従って入力信号に対する非線形量子化を行う。式（３）は、上述した式（１）に対して、補正係数αが追加されている点が異なる。

多重部１０６は、量子化部１０５から入力される量子化データと、制御部１０４から入力される量子化制御情報とを多重し、多重信号を生成する。多重部１０６は、生成した多重信号を光デバイス１０７に出力する。

光デバイス１０７は、多重部１０６から入力される多重信号を光回線を介して受信装置２００へ送信する。

なお、量子化制御情報（σ、α）は、量子化データと同時に通知されてもよく、非線形量子化／逆量子化が行われる前に予め受信装置２００へ通知されてもよい。また、送信装置１００は、標準偏差σ又は補正係数αが更新される度に、量子化制御情報（更新後のσ又はα）を受信装置２００へ通知してもよい。量子化制御情報の通知方法の詳細については後述する。

［受信装置２００の構成］
受信装置２００は、光デバイス２０１、分離部２０２、制御部２０３、逆量子化部２０４を含む構成を採る。

光デバイス２０１は、送信装置１００から伝送される信号を光回線を介して受信し、受信信号を分離部２０２に出力する。受信信号には、量子化データ又は量子化制御情報が含まれる。

分離部２０２は、光デバイス２０１から入力される受信信号を、量子化データと量子化制御情報とに分離し、量子化制御情報を制御部２０３に出力し、量子化データを逆量子化部２０４に出力する。

制御部２０３は、分離部２０２から入力される量子化制御情報から、非線形逆量子化に用いるパラメータを抽出する。非線形逆量子化に用いるパラメータには、標準偏差σ及び補正係数αが含まれる。制御部２０３は、標準偏差σ及び補正係数αを逆量子化部２０４に出力する。

逆量子化部２０４は、制御部２０３から入力されるパラメータ（σ，α）を用いて、分離部２０２から入力される量子化データに対して非線形逆量子化を施す。すなわち、逆量子化部２０４は、送信装置１００の量子化部１０５における非線形量子化データと通知パラメータを用いてIQ信号の復元を行い、得られた信号を出力する。

［補正係数αの設定方法］
次に、上述した送信装置１００及び受信装置２００において用いられる補正係数αの設定方法の詳細について説明する。

まず、補正係数αの基準値、つまり、入力信号の振幅分布が正規分布となる場合（尖度：０）の補正係数αの設定について説明する。

図５Ａ〜図５Ｃは、補正係数αを用いない場合（補正係数α＝１に相当）における量子化誤差の説明に供する図である。

図５Ａは、入力信号ｘと、式（１）、式（２）に従って得られる量子化値ｈ（ｘ）（ただし、Ｍ＝４ビット）との関係（図中の太い実線）を示す図である。入力信号ｘの発生頻度が高い領域ほど、量子化閾値の設定間隔が密になり、入力信号ｘの発生頻度が低い領域ほど、量子化閾値の設定間隔が粗くなる。これにより、量子化値ｈ（ｘ）の各値の発生確率はほぼ均一となる。

図５Ａに示す複数のマーカー（図中の丸印）は隣接する量子化値ｈ（ｘ）の中間値に対応する式（１）上の点を表し、それらのマーカーの入力信号ｘへの射影は各々の量子化区間の代表値を表す。非線形逆量子化は、量子化値ｈ（ｘ）をその量子化値ｈ（ｘ）が示す量子化区間の代表値へ変換することである。

図５Ｂは、図５Ａに示す特性を有する非線形量子化を行った場合の、入力信号ｘとその入力信号ｘに対応する量子化区間の代表値との２乗誤差を示す図である。すなわち、図５Ｂは、入力信号ｘに対し、非線形量子化及び非線形逆量子化を施すことによって生じた誤差の２乗（以下、量子化誤差という）を表している。図５Ｂに示すように、量子化区間が粗い領域ほど、量子化誤差がより大きくなることが分かる。

図５Ｃは、入力信号ｘの生起確率が正規分布とし、図５Ａに示す特性を有する非線形量子化を行った場合の、入力信号ｘとその入力信号ｘに対応する量子化区間の代表値との２乗誤差にその入力信号ｘの生起確率（発生頻度）を乗じたものを示す図である。すなわち、図５Ｃは、量子化誤差に入力信号ｘの生起確率（発生頻度）を乗じたもの（以下、重み付け量子化誤差という）を表している。重み付け量子化誤差を入力信号ｘについて積分した結果は平均量子化誤差を表す。

図５Ｃに示すように、入力信号ｘの生起確率による重み付けを行っても量子化区間が粗い領域の重み付け量子化誤差は大きな値になっており、平均量子化誤差を増加させている。平均量子化誤差を低減させる方法として、各量子化区間における重み付け量子化誤差が小さくとなるように量子化閾値を最適に設定することが考えられる。しかしながら、入力信号の生起確率（発生頻度）が変動する環境では、量子化閾値をリアルタイムにその都度最適化することは極めて困難である。

そこで、本実施の形態では、送信装置１００及び受信装置２００は、補正係数αを用いて、非線形量子化に用いる累積分布関数ｇ（ｘ）の特性を補正する。

図６は、本発明者らが行った、入力信号の振幅分布が正規分布である場合における、式（３）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）内の補正係数αの値と、量子化誤差との関係を示す計算機シミュレーション結果である。図６では、ＯＲＩ仕様と同様、量子化後のビット数Ｍ＝１０とする。

図６に示すように、補正係数α＝１．６付近において、平均量子化誤差は最小（−５６ｄＢ程度）となる。これに対して、補正係数α＝１の場合（つまり、補正無しの場合。ＯＲＩ仕様に相当）には、平均量子化誤差は−４１ｄＢ程度となる。

つまり、入力信号が正規分布となる場合には、式（３）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）のαを１．６とすることにより、非線形量子化における平均量子化誤差を最小にすることができる。

図７は、入力信号が正規分布となる場合に、補正係数α＝１．６とし、式（３）に従って非線形量子化を行った場合の量子化値ｈ（ｘ）と入力信号ｘとの２乗誤差に入力信号の生起確率を乗じた重み付け量子化誤差を示す図である（ただし、Ｍ＝４ビット）。

図５Ｃ（補正無しの場合）と比較すると、図７では、入力信号ｘの発生頻度が高い領域における重み付け量子化誤差が若干高くなっているものの、入力信号ｘの発生頻度が低い領域も含めて全体的に重み付け量子化誤差が低減されていることが分かる。

つまり、式（１）に従って非線形量子化を行う場合（補正無し）と比較して、補正係数αを適切に設定し、式（３）に従って非線形量子化を行う場合（補正有り）の方が、平均量子化誤差を低減できることが分かる。

なお、図６に示す補正係数α＝１．６は、上記計算機シミュレーションにおいて想定した条件下での最適値であって、入力信号の振幅分布が正規分布である場合の補正係数αの最適値は１．６に限定されるものではない。入力信号の振幅分布が正規分布である場合の補正係数αの最適値は、条件に応じて適切に設定されればよい。

次に、上述した入力信号の振幅分布が正規分布である場合の補正係数αを基準値として、入力信号の振幅分布の尖度に応じた補正係数αの設定方法について説明する。

図３に示すように、入力信号の振幅分布の尖度が大きいほど、振幅分布の平均値への集中度がより高くなり、平均値付近の分布が急峻になる。一方、図３に示すように、入力信号の振幅分布の尖度が低いほど、振幅分布の平均値への集中度がより低くなり、平均値付近の分布がなだらかになる。

一方で、式（３）に示すように、補正係数αは、正規分布の累積分布関数に対応する誤差関数（ｅｒｆ）の分母を構成する標準偏差σに乗算されるパラメータである。つまり、補正係数α＞１の場合には、式（３）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）における分布がなだらかになり、補正係数α＜１の場合には、式（３）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）における分布が急峻になる。

すなわち、補正係数αは、累積分布関数ｇ（ｘ）における分布の変動の度合いを調整する機能を有する。換言すると、補正係数αは、非線形量子化における量子化閾値の設定間隔（量子化区間）及び非線形逆量子化における各量子化区間の代表値を調整する機能を有する。具体的には、補正係数αが１より大きいほど量子化閾値の設定間隔が広くなり、補正係数αが１より小さいほど量子化閾値の設定間隔が狭くなる。

そこで、補正係数決定部１０３は、図４に示すように、入力信号の振幅分布の尖度が大きくなるほど、補正係数αの値を基準値と比較してより小さくなるように設定する。これにより、図８に示すように、量子化部１０５は、量子化閾値の設定間隔が狭い（量子化区間が急峻となる）特性を有する非線形量子化を施す。

一方、補正係数決定部１０３は、図４に示すように、入力信号の振幅分布の尖度が小さくなるほど、補正係数αの値を基準値と比較してより大きくなるように設定する。これにより、図８に示すように、量子化部１０５は、量子化閾値の設定間隔が広い（量子化区間がなだらかになる）特性を有する非線形量子化を施す。

このように、送信装置１００は、入力信号の振幅分布に応じて、非線形量子化における量子化閾値の間隔を適応的に調整する。これにより、入力信号の生起確率が変動する場合であっても、入力信号の振幅分布に応じた量子化閾値を用いた非線形量子化（非線形逆量子化）が行われるので、量子化誤差を低減させることができる。

［補正係数αの通知方法］
次に、送信装置１００（ＲＥＣ）から受信装置２００（ＲＥ）への量子化制御情報の通知方法の詳細について説明する。

図９は、送信装置１００及び受信装置２００の信号の送受信動作を示すシーケンス図である。

図９において、ステップ（以下、単に「ＳＴ」と表す）１０１では、送信装置１００は、非線形量子化に用いる標準偏差σ及び補正係数αを含む量子化制御情報を受信装置２００へ送信する。

例えば、ＯＲＩのＣ＆Ｍ（Control and Management）仕様では、ＲＥＣ（送信装置１００に相当）からＲＥ（受信装置２００）へのパラメータ通知にOBJECT CREATION REQUESTメッセージが使用される。また、ＯＲＩでは、OBJECT CREATION REQUESTメッセージ内のTxSigPathオブジェクトによって表されるフィールドにおいて非線形量子化（つまりデータ圧縮）に用いる標準偏差σが通知される。

そこで、送信装置１００は、例えば、TxSigPathオブジェクトを用いて、標準偏差σ及び補正係数αを通知してもよい。つまり、補正係数αは、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトのパラメータとして受信装置２００に通知される。

ＳＴ１０２では、受信装置２００は、ＳＴ１０１で量子化制御情報を含むOBJECT CREATION REQUESTメッセージ受け取ると、応答としてOBJECT CREATION RESPONSEメッセージを生成し、送信装置１００へ送信する。当該応答には、例えば、量子化制御情報の受信の成否などが含まれる。

ＳＴ１０２においてOBJECT CREATION RESPONSEメッセージに量子化制御情報の受信が成功したことが示される場合、ＳＴ１０３では、送信装置１００及び受信装置２００は、ＳＴ１０１で通知された標準偏差σ及び補正係数αを用いて、非線形量子化及び非線形逆量子化を行う。

その後、送信装置１００における入力信号の振幅分布が変動し、標準偏差σ又は補正係数αが更新された場合、ＳＴ１０４では、送信装置１００は、更新後の標準偏差σ又は補正係数αを含む量子化制御情報を受信装置２００へ送信する。

例えば、ＯＲＩでは、ＲＥＣ（送信装置１００に相当）からＲＥ（受信装置２００）へのパラメータ更新の通知にOBJECT PARAMETER MODIFICATION REQUESTメッセージが使用される。また、ＯＲＩのＣ＆Ｍ仕様では、当該メッセージ内のTxSigPathオブジェクトによって表されるフィールドにおいて更新標準偏差σが通知される。

そこで、送信装置１００は、例えば、TxSigPathオブジェクトを用いて、更新後の標準偏差σ又は補正係数αを通知してもよい。

ＳＴ１０５では、受信装置２００は、ＳＴ１０４で量子化制御情報を含むOBJECT PARAMETER MODIFICATION REQUESTメッセージ受け取ると、応答としてOBJECT PARAMETER MODIFICATION RESPONSEメッセージを生成し、送信装置１００へ送信する。応答には、例えば、量子化制御情報の受信の成否などが含まれる。

ＳＴ１０５においてOBJECT PARAMETER MODIFICATION RESPONSEメッセージに量子化制御情報の受信が成功したことが示される場合、ＳＴ１０６では、送信装置１００及び受信装置２００は、ＳＴ１０４で通知された、更新後の標準偏差σ又は補正係数αを用いて、非線形量子化及び非線形逆量子化を行う。

このように、図９では、ＯＲＩのＣ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトにおいて、既存の標準偏差σに加え、補正係数αを新規に追加する場合について説明した。

なお、式（３）に示すように、補正係数αは、標準偏差σに乗算されるパラメータである。そこで、送信装置１００は、図９に示すように標準偏差σ及び補正係数αを個別に通知する代わりに、標準偏差σに補正係数αを乗算した結果（σ'＝σ＊α）を受信装置２００へ通知してもよい。この場合、パラメータσ’は、ＯＲＩのＣ＆Ｍ仕様において規定されている既存の通知フィールドのうち、標準偏差σに対応する通知フィールドを用いて通知されてもよい。これにより、新規に補正係数αのための通知フィールドを規定する必要がない。

なお、上記では補正係数αによって量子化閾値及び各量子化区間の代表値を調整する方法について説明したが、補正係数αによって入力信号ｘ及び逆量子化後の信号を補正してもよい。

以上、量子化制御情報の通知方法について説明した。

以上のようにして、本実施の形態では、送信装置１００は、ＩＱ信号の振幅分布の尖度に応じて補正係数αを決定し、非線形量子化における量子化閾値の間隔を調整する。こうすることで、ＩＱ信号の振幅分布の変動に応じて量子化閾値が適応的に設定されるので、非線形量子化における量子化誤差を低減することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、入力信号の振幅分布の尖度に応じた補正係数を用いて非線形量子化を行う場合について説明した。これに対して、本実施の形態では、入力信号の振幅分布の歪度に応じた補正係数を用いて非線形量子化を行う場合について説明する。

［通信システムの構成］
図１０は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す。

図１０に示す通信システム２０は、送信装置３００と、受信装置４００とを備える。なお、図１０において、実施の形態１（図２）と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。送信装置３００は、送信装置１００（図２）の尖度測定部１０２の代わりに歪度測定部３０１を備える。

送信装置３００の歪度測定部３０１は、入力信号、及び、標準偏差測定部１０１から入力される標準偏差σを用いて、入力信号の振幅分布における左右対称性を示す「歪度」を測定する。歪度測定部３０１は、測定した歪度を示す情報を補正係数決定部３０２に出力する。

図１１は、歪度の特性の説明に供する図である。図１１に示すように、入力信号の振幅分布が正規分布である場合には、歪度は０となる。また、図１１に示すように、入力信号の振幅分布において、正規分布と比較して正方向への偏りが大きいほど、歪度は正方向に大きな値（図１１では０．５）となり、正規分布と比較して負方向への偏りが大きいほど、歪度は負方向に大きな値（図１１では−０．５）となる。

補正係数決定部３０２は、歪度測定部３０１から入力される情報に示される歪度に応じて、非線形量子化に用いる累積分布関数の補正係数βを決定する。補正係数決定部３０２は、決定した補正係数βを制御部１０４に出力する。

補正係数決定部３０２は、歪度の値と補正係数βの値との対応付け（歪度テーブル）を予め保持する。例えば、歪度テーブルにおいて、歪度が０の場合（正規分布の場合）における補正係数βを０（つまり、補正無し）とする。そして、歪度テーブルにおいて、歪度が正方向に大きくなるほど（歪度＞０）、正方向により大きい値の補正係数βが対応付けられ、歪度が負方向に大きくなるほど（歪度＜０）、負方向により大きい値の補正係数βが対応付けられる（例えば、図１２を参照）。

制御部１０４から出力される量子化制御情報には、標準偏差σ及び補正係数βが含まれる。

量子化部３０３は、制御部１０４から入力される量子化制御情報（σ，β）を用いて、入力信号に対して非線形量子化を施し、量子化データを算出する。具体的には、量子化部３０３は、次式（４）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）、及び、式（２）に従って入力信号に対する非線形量子化を行う。式（４）は、上述した式（１）に対して、補正係数βが追加されている点が異なる。

図１０に示す受信装置４００において、逆量子化部４０１は、制御部２０３から入力されるパラメータ（σ，β）を用いて、分離部２０２から入力される量子化データに対して非線形逆量子化を施す。すなわち、逆量子化部４０１は、送信装置３００の量子化部３０３における非線形量子化処理の逆の処理を行い、ＩＱ信号の復元を行う。

なお、量子化制御情報（σ、β）は、量子化データと同時に通知されてもよく、非線形量子化／逆量子化が行われる前に予め受信装置４００へ通知されてもよい。また、送信装置３００は、標準偏差σ又は補正係数βが更新される度に、量子化制御情報（更新後のσ又はβ）を受信装置４００へ通知してもよい。

図１３は、送信装置３００及び受信装置４００の信号の送受信動作を示すシーケンス図である。図１３において、実施の形態１（図９）と同一動作には同一符号を付し、その説明を省略する。具体的には、図１３に示すＳＴ１０１ａ及び１０４ａにおいて、TxSigPathオブジェクトによって表されるフィールドを用いて補正係数βが通知される点のみが実施の形態１（図９）と異なる。すなわち、補正係数βは、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトのパラメータとして受信装置４００に通知される。

［補正係数βの設定方法］
次に、上述した送信装置３００及び受信装置４００において用いられる補正係数βの設定方法の詳細について説明する。

図１１に示すように、入力信号の振幅分布の歪度が大きいほど、振幅分布は正規分布と比較して正方向へ偏り、入力信号の振幅分布の歪度が小さいほど、振幅分布は正規分布と比較して負方向へ偏る。

一方で、式（４）に示すように、補正係数βは、正規分布の累積分布関数に対応する誤差関数（ｅｒｆ）の分子を構成する入力信号ｘから減算されるパラメータである。つまり、補正係数β＞０の場合には、式（４）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）における分布は、式（１）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）の分布と比較して正方向に偏る。また、補正係数β＜０の場合には、式（４）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）における分布は、式（１）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）の分布と比較して負方向に偏る。

すなわち、補正係数βは、累積分布関数ｇ（ｘ）における分布の偏り具合を調整する機能を有する。換言すると、補正係数βは、非線形量子化における量子化閾値の位置をシフトさせる機能を有する。具体的には、補正係数βが０より大きいほど、β＝０の場合の量子化閾値が正方向にシフトされ、補正係数βが０より小さいほど、β＝０の場合の量子化閾値が負方向にシフトされる。

そこで、補正係数決定部３０２は、図１２に示すように、入力信号の振幅分布の歪度が正方向に大きくなるほど、補正係数βの値を正方向により大きくなるように設定する。これにより、図１４に示すように、量子化部３０３は、量子化閾値が正方向にシフトした特性を有する非線形量子化を施す。

一方、補正係数決定部３０２は、図１２に示すように、入力信号の振幅分布の歪度が負方向に大きくなるほど、補正係数βの値を負方向により大きくなるように設定する。これにより、図１４に示すように、量子化部３０３は、量子化閾値が負方向にシフトした特性を有する非線形量子化を施す。

このように、送信装置３００は、入力信号の振幅分布に応じて、非線形量子化における量子化閾値の位置を適応的に調整する。これにより、入力信号の生起確率が変動する場合であっても、入力信号の振幅分布に応じた量子化閾値を用いた非線形量子化（非線形逆量子化）が行われるので、量子化誤差を低減させることができる。

以上のようにして、本実施の形態では、送信装置３００は、ＩＱ信号の振幅分布の歪度に応じて補正係数βを決定し、非線形量子化における量子化閾値の位置を調整する。こうすることで、ＩＱ信号の振幅分布の変動に応じて量子化閾値が適応的に設定されるので、非線形量子化における量子化誤差を低減することができる。

なお、上記では補正係数βによって量子化閾値及び各量子化区間の代表値を調整する方法について説明したが、補正係数βによって入力信号ｘ及び逆量子化後の信号を補正してもよい。

［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態１で説明した補正係数α、及び、実施の形態２で説明した補正係数βの双方を用いて非線形量子化を行う場合について説明する。

［通信システムの構成］
図１５は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す。

図１５に示す通信システム３０は、送信装置５００と、受信装置６００とを備える。なお、図１５において、実施の形態１（図２）及び実施の形態２（図１０）と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

送信装置５００の補正係数決定部５０１は、尖度測定部１０２から入力される情報に示される尖度に応じて非線形量子化に用いる累積分布関数の補正係数αを決定し、歪度測定部３０１から入力される情報に示される歪度に応じて非線形量子化に用いる累積分布関数の補正係数βを決定する。補正係数決定部３０２は、決定した補正係数α，βを制御部１０４に出力する。

制御部１０４から出力される量子化制御情報には、標準偏差σ、及び、補正係数α，βが含まれる。

量子化部５０２は、制御部１０４から入力される量子化制御情報（σ，α，β）を用いて、入力信号に対して非線形量子化を施し、量子化データを算出する。具体的には、量子化部５０２は、次式（５）に示す累積分布関数ｇ（ｘ）、及び、式（２）に従って入力信号に対する非線形量子化を行う。式（５）は、上述した式（１）に対して、補正係数α，βが追加されている点が異なる。

図１５に示す受信装置６００において、逆量子化部６０１は、制御部２０３から入力されるパラメータ（σ，α，β）を用いて、分離部２０２から入力される量子化データに対して非線形逆量子化を施す。すなわち、逆量子化部６０１は、送信装置５００の量子化部５０２における非線形量子化処理の逆の処理を行う。

なお、量子化制御情報（σ、α，β）は、量子化データと同時に通知されてもよく、非線形量子化／逆量子化が行われる前に予め受信装置６００へ通知されてもよい。また、送信装置５００は、標準偏差σ、補正係数α又はβが更新される度に、量子化制御情報（更新後のσ、α又はβ）を受信装置６００へ通知してもよい。

図１６は、送信装置５００及び受信装置６００の信号の送受信動作を示すシーケンス図である。図１６において、実施の形態１（図９）及び実施の形態２（図１３）と同一動作には同一符号を付し、その説明を省略する。具体的には、図１６に示すＳＴ１０１ｂ及び１０４ｂにおいて、TxSigPathオブジェクトによって表されるフィールドを用いて補正係数α，βが通知される点のみが実施の形態１（図９）及び実施の形態２（図１３）と異なる。すなわち、補正係数α、βは、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトのパラメータとして受信装置６００に通知される。

また、実施の形態１と同様、送信装置５００は、図１６に示すＳＴ１０１ｂ又はＳＴ１０４ｂにおいて、標準偏差σ及び補正係数αを個別に通知する代わりに、標準偏差σに補正係数αを乗算した結果（σ'＝σ＊α）を受信装置６００へ通知してもよい。この場合、パラメータσ’は、ＯＲＩのＣ＆Ｍ仕様において規定されている既存の通知フィールドのうち、標準偏差σに対応する通知フィールドを用いて通知されてもよい、これにより、新規に補正係数αのための通知フィールドを規定する必要がない。

［補正係数α，βの設定方法］
次に、上述した送信装置５００及び受信装置６００において用いられる補正係数α，βの設定方法の詳細について説明する。

補正係数決定部５０１は、実施の形態１で説明したように、入力信号の振幅分布の尖度が大きくなるほど、補正係数αの値を基準値と比較してより小さくなるように設定し、入力信号の振幅分布の尖度が小さくなるほど、補正係数αの値を基準値と比較してより大きくなるように設定する（例えば、図４を参照）。

また、補正係数決定部５０１は、実施の形態２で説明したように、入力信号の振幅分布の歪度が正方向に大きくなるほど、補正係数βの値を正方向により大きくなるように設定し、入力信号の振幅分布の歪度が負方向に大きくなるほど、補正係数βの値を負方向により大きくなるように設定する（例えば、図１２を参照）。

これにより、図１７に示すように、入力信号の振幅分布の尖度に応じた補正係数αが設定され、量子化部５０２は、量子化閾値の設定間隔が調整された非線形量子化を施す。また、図１７に示すように、入力信号の振幅分布の歪度に応じた補正係数βが設定され、量子化部５０２は、量子化閾値の位置が調整された非線形量子化を施す。

すなわち、送信装置５００は、入力信号の振幅分布の尖度及び歪度に応じて、非線形量子化における量子化閾値の間隔及び位置を適応的に調整する。これにより、入力信号の生起確率が変動する場合であっても、入力信号の振幅分布に応じた量子化閾値を用いた非線形量子化（非線形逆量子化）が行われるので、量子化誤差を低減することができる。

以上のようにして、本実施の形態では、送信装置５００は、ＩＱ信号の振幅分布の尖度及び歪度に応じて補正係数α，βを決定し、非線形量子化における量子化閾値の間隔及び位置を調整する。こうすることで、ＩＱ信号の振幅分布の変動に応じて量子化閾値が適応的に設定されるので、非線形量子化における量子化誤差を低減することができる。

なお、上記では補正係数α，βによって量子化閾値及び各量子化区間の代表値を調整する方法について説明したが、補正係数α，βによって入力信号ｘ及び逆量子化後の信号を補正してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本発明は、移動体通信システムに有用である。

１０，２０，３０ 通信システム
１００，３００，５００ 送信装置
１０１ 標準偏差測定部
１０２ 尖度測定部
１０３，３０２，５０１ 補正係数決定部
１０４，２０３ 制御部
１０５，３０３，５０２ 量子化部
１０６ 多重部
１０７，２０１ 光デバイス
２００，４００，６００ 受信装置
２０２ 分離部
２０４，４０１，６０１ 逆量子化部
３０１ 歪度測定部

Claims (11)

1. 入力信号の振幅分布の尖度を測定する尖度測定部と、
   前記尖度に応じて補正係数αを決定する決定部と、
   前記補正係数αを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、
   を具備する送信装置。
   

   

   

   ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。
2. 入力信号の振幅分布の歪度を測定する歪度測定部と、
   前記歪度に応じて補正係数βを決定する決定部と、
   前記補正係数βを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、
   を具備する送信装置。
   

   

   

   ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。
3. 入力信号の振幅分布の尖度を測定する尖度測定部と、
   前記入力信号の振幅分布の歪度を測定する歪度測定部と、
   前記尖度に応じて補正係数αを決定し、前記歪度に応じて補正係数βを決定する決定部と、
   前記補正係数α及び前記補正係数βを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する量子化部と、
   を具備する送信装置。
   

   

   

   ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。
4. 前記決定部は、前記尖度が正方向に大きくなるほど、前記補正係数αをより小さく設定し、前記尖度が負方向に大きくなるほど、前記補正係数αをより大きく設定する、
   請求項１又は３に記載の送信装置。
5. 前記決定部は、前記歪度が正方向に大きくなるほど、前記補正係数βを正方向により大きくなるように設定し、前記歪度が負方向に大きくなるほど、前記補正係数βを負方向により小さくなるように設定する、
   請求項２又は３に記載の送信装置。
6. 前記補正係数αは、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトパラメータとして受信装置に通知される、
   請求項１又は３に記載の送信装置。
7. 前記標準偏差σと前記補正係数αとの乗算結果（σ＊α）が、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトのフィールドのうち、前記標準偏差σに対応するフィールドで通知される、
   請求項６に記載の送信装置。
8. 前記補正係数βは、ＯＲＩ Ｃ＆Ｍ仕様のTxSigPathオブジェクトパラメータとして受信装置に通知される、
   請求項２又は３に記載の送信装置。
9. 入力信号の振幅分布の尖度を測定し、
   前記尖度に応じて補正係数αを決定し、
   前記補正係数αを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する、
   量子化方法。
   

   

   

   ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。
10. 入力信号の振幅分布の歪度を測定し、
    前記歪度に応じて補正係数βを決定し、
    前記補正係数βを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する、
    量子化方法。
    

    

    

    ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。
11. 入力信号の振幅分布の尖度を測定し、
    前記入力信号の振幅分布の歪度を測定し、
    前記尖度に応じて補正係数αを決定し、前記歪度に応じて補正係数βを決定し、
    前記補正係数α及び前記補正係数βを用いて、式（１）、式（２）に従って、前記入力信号を量子化して、量子化データを算出する、
    量子化方法。
    

    

    

    ｘは前記入力信号を表し、［−２^Ｎ−１…２^Ｎ−１−１］の範囲の整数値を採り（Ｎは自然数）、σは前記入力信号の振幅分布の標準偏差を表し、ｈ（ｘ）は前記量子化データを表し、［０…２^Ｍ−１］の範囲の整数値を採る（ＭはＮ未満の自然数）。尚、式（２）式（２）の右辺はｇ（ｘ）＊（２^Ｍ−１）以上の最小の整数を表す。

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