JP6142678B2

JP6142678B2 - 通信機および通信方法

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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、送信側の増幅器の特性により、送信信号が歪み、ＢＥＲ（Bit Error Rate：符号誤り率）が劣化する場合がある。そこでＯＦＤＭなどのマルチキャリア通信において、ＰＡＰＲを低減するための技術が開発されている。

特許文献１の直交周波数分割多重通信装置では、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

ＰＡＰＲの低減処理を行った場合であっても、送信側の増幅器の特性によっては、送信信号が歪み、ＢＥＲ（Bit Error Rate：符号誤り率）が劣化する場合がある。また伝送路における雑音の影響により、さらにＢＥＲが劣化する場合がある。

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、ＢＥＲの劣化を抑制することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る通信機は、
送信信号を受信し、前記送信信号に対応する送信側の入力信号を特定する識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する受信手段と、
前記並列信号に対して通信方式に基づく復調を行い、一次変調信号を生成する一次復調手段と、
複素平面上の定めた範囲内に位置する前記一次変調信号の要素の数に基づき、前記送信信号の再送の要否を判定する判定手段と、
前記判定手段で前記送信信号の再送が必要と判定された場合であって、該送信信号が含む前記識別情報が特定する前記入力信号と同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を送信する再送要求送信手段と、
前記一次変調信号を復調し、復調信号を生成する二次復調手段と、
前記再送要求を送信した回数が０の場合には、前記復調信号の要素数と同数の０の集合であるデータ系列を用い、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合には、前記回数ごとに定義された、前記復調信号の要素数と同数の１または０の集合であるデータ系列を用い、前記復調信号の各要素と該要素と同じ位置にある前記データ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成する逆演算手段と、
それぞれが０以上の実数であって合計が１となる係数を用いて、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の線形結合を要素とするデータを出力する線形結合手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記線形結合手段は、前記判定手段で前記送信信号の再送が不要と判定された場合であって、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達していない場合には、再送が不要と判定された前記送信信号に対応する前記逆演算データを出力し、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達している場合には、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の、平均値または絶対値が最大の要素と絶対値が最小の要素との平均値、を要素とするデータを出力する。

好ましくは、前記逆演算手段は、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合のデータ系列として、擬似ランダム雑音系列の要素の内、値が−１である要素の値を０に置き換えて生成したデータ系列を用いる。

本発明の第２の観点に係る通信方法は、
送信信号を受信し、前記送信信号に対応する送信側の入力信号を特定する識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する受信ステップと、
前記並列信号に対して通信方式に基づく復調を行い、一次変調信号を生成する一次復調ステップと、
複素平面上の定めた範囲内に位置する前記一次変調信号の要素の数に基づき、前記送信信号の再送の要否を判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記送信信号の再送が必要と判定された場合であって、該送信信号が含む前記識別情報が特定する前記入力信号と同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を送信する再送要求送信ステップと、
前記一次変調信号を復調し、復調信号を生成する二次復調ステップと、
前記再送要求を送信した回数が０の場合には、前記復調信号の要素数と同数の０の集合であるデータ系列を用い、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合には、前記回数ごとに定義された、前記復調信号の要素数と同数の１または０の集合であるデータ系列を用い、前記復調信号の各要素と該要素と同じ位置にある前記データ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成する逆演算ステップと、
それぞれが０以上の実数であって合計が１となる係数を用いて、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の線形結合を要素とするデータを出力する線形結合ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記線形結合ステップにおいて、前記判定ステップで前記送信信号の再送が不要と判定された場合であって、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達していない場合には、再送が不要と判定された前記送信信号に対応する前記逆演算データを出力し、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達している場合には、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の、平均値または絶対値が最大の要素と絶対値が最小の要素との平均値、を要素とするデータを出力する。

好ましくは、前記逆演算ステップにおいて、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合のデータ系列として、擬似ランダム雑音系列の要素の内、値が−１である要素の値を０に置き換えて生成したデータ系列を用いる。

本発明によれば、ＢＥＲの劣化を抑制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。実施の形態における増幅器の特性の例を示す図である。実施の形態における増幅器の出力信号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。実施の形態に係る通信機が行う再送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。実施の形態における信号点配置図の例を示す図である。実施の形態における復調された一次変調信号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。増幅器の特性の例を示す図である。増幅器の特性に応じたベースバンド信号のＣＣＤＦ特性を示す図である。実施の形態に係る通信機における出力信号飽和点と伝送率の関係を示す図である。実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲ特性を示す図である。実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲ特性を示す図である。実施の形態に係る通信機における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、他の機器に送信信号を送信し、他の機器から再送要求を受信した場合には、所定の演算処理を行って他の機器に送信信号を再送する。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、送信部１４、送受信切替部１５、演算部１６、再送要求受信部１７、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、送信信号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。

変調部１１は、入力信号に対して一次変調を行い、一次変調信号を生成し、直並列変換部１２に送る。一次変調方式は、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）である。変調部１１は一次変調手段として動作する。直並列変換部１２は、一次変調信号を直並列変換し、直並列変換した一次変調信号をＩＦＦＴ部１３に送る。ＩＦＦＴ部１３は、直並列変換された一次変調信号のＩＦＦＴを行って、逆変換データを生成し、送信部１４に送る。ＩＦＦＴ部１３は、一次変調信号に対して通信方式に基づく二次変調を行い、二次変調信号を生成する二次変調手段として動作する。

通信機１において、入力信号を特定する識別情報が生成される。なお識別情報は入力信号とともに通信機１の外部から与えられてもよい。識別情報は入力信号を特定できればよく、１つの入力信号に対し、複数の識別情報が対応付けられてもよい。識別情報のサイズおよび値は任意に定めることができる。送信部１４は、逆変換データを合成してベースバンド信号を生成する。送信部１４は、ベースバンド信号に対応する入力信号を特定する識別情報およびベースバンド信号に基づき送信信号を生成し、他の機器に送信する。なお送信信号には任意数の識別情報およびベースバンド信号を含めることができる。なお識別情報を変調したデータを送信信号に含めてもよい。その場合には、送受信側で識別情報の変復調についての情報が共有されている。

一次変調方式をＱＰＳＫとし、ＦＦＴサイズをＮとすると、入力信号ｂは下記（１）式で表される。直並列変換された一次変調信号をｄとすると、逆変換データｆは下記（２）式で表される。ただしＦ^−１は、ＩＦＦＴ行列である。

送信部１４は増幅器を備えており、送信信号を増幅して、他の機器に送信する。図２は、実施の形態における増幅器の特性の例を示す図である。一般的に入力電力が高くなると、増幅器の特性は線形性を失う。非線形領域における入力電力と出力電力の関係は、２次曲線や３次曲線を用いて近似的に表現することができる。図３は、実施の形態における増幅器の出力信号の例を示す図である。増幅器が出力する信号を複素平面上に黒丸で示した。図３に点線で示す円の外側が増幅器の非線形領域であり、非線形領域に該当する増幅器への入力信号を白丸で示した。増幅器の非線形領域においては、入力信号の信号レベルがそれぞれ低減されていることがわかる。

増幅器の非線形性により、通信機１が送信する送信信号に歪みが生じ、ＢＥＲ（Bit Error Rate：符号誤り率）が劣化する。ＢＥＲがある程度劣化すると、上記送信信号を受信した他の機器は再送要求を通信機１に送信する。再送要求を受信した場合の通信機１の動作について説明する。

再送要求受信部１７は、アンテナ１０および送受信切替部１５を介して、他の機器から識別情報を含む再送要求を受信する。再送要求受信部１７は、再送要求を受信した場合には、その旨を演算部１６に通知する。演算部１６は、該再送要求が含む識別情報が特定する入力信号について、該入力信号の要素数と同数の１または０の集合である任意のデータ系列を用い、該入力信号の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列の要素との排他的論理和を要素とする演算データを生成し、変調部１１に送る。

例えば演算部１６は、再送要求受信部１７で該再送要求を受信するまでに、該入力信号と同じ入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を受信した場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求に対する上述の処理で用いたデータ系列とは異なるデータ系列を用いて、上述の処理を行う。すなわち、演算部１６は同じ入力信号を特定する識別情報を含む、２回目以降の再送要求に対しては、前回までに用いたデータ系列とは異なるデータ系列を用いて上述の処理を行う。異なるデータ系列を用いることで、ＢＥＲの劣化を抑制することが可能となる。

演算部１６は、データ系列として、例えばＰＮ（Pseudorandom Noise：擬似ランダム雑音）系列の要素の内、値が−１である要素の値を０に置き換えて生成したデータ系列を用いる。データ系列はＰＮ系列に基づくデータ系列に限られず、要素の値が１または０であるランダムデータ系列でもよいし、ＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude Zero Auto-Correlatrion）系列の要素の内、絶対値が閾値以上である要素の値を１として、絶対値が閾値未満である要素の値を０として生成したデータ系列を用いてもよい。またＣＡＺＡＣ系列の実部または虚部から成るデータ系列の要素の内、値が閾値以上である要素の値を１として、値が閾値未満である要素の値を０として生成したデータ系列を用いてもよい。

変調部１１は、送られた演算データに対して一次変調を行い、一次変調信号を生成し、直並列変換部１２に送る。上述したように、直並列変換部１２は、一次変調信号を直並列変換し、直並列変換した一次変調信号をＩＦＦＴ部１３に送る。ＩＦＦＴ部１３は、直並列変換された一次変調信号のＩＦＦＴを行って、逆変換データを生成し、送信部１４に送る。送信部１４は、逆変換データを合成してベースバンド信号を生成し、演算部１６で用いた入力信号を特定する識別情報、およびベースバンド信号に基づき送信信号を生成し、他の機器に送信する。

コントローラ２０は、再送要求受信部１７で再送要求を受信した場合に、演算部１６、変調部１１、直並列変換部１２、ＩＦＦＴ部１３、および送信部１４に上述の処理を行わせる再送手段としての動作を行う。

入力信号とＰＡＰＲが比較的低いＰＮ系列、ランダムデータ、ＣＡＺＡＣ系列などに基づくデータ系列との排他的論理和を要素とする演算データに基づき送信信号を生成することで、増幅器における歪みの影響を低減し、ＢＥＲの劣化を抑制することが可能となる。

通信機１が再送要求を複数回受信する場合を例にして説明する。上記（１）式で表される入力信号ｂを特定する識別情報を含む、１回目の再送要求を受信した場合に、演算部１６は、下記（３）式で表されるデータ系列ｐ^（１）を用いる。添え字の括弧内の数字は再送要求を受信した回数を示している。演算部１６が生成する演算データｂ^（１）は、下記（４）式で表される。下記（４）式で表される演算データｂ^（１）に基づく直並列変換された一次変調信号をｄ^（１）とすると、逆変換データｆ^（１）は下記（５）式で表される。送信部１４は識別情報および逆変換データｆ^（１）に基づく送信信号を送信する。

再送要求受信部１７が上記（１）式で表される入力信号ｂについて２回目の再送要求を受信した場合に、演算部１６は、下記（６）式で表されるデータ系列ｐ^（２）を用いる。データ系列ｐ^（２）は、データ系列ｐ^（１）とは異なるデータ系列である。演算部１６が生成する演算データｂ^（２）は、下記（７）式で表される。下記（７）式で表される演算データｂ^（２）に基づく直並列変換された一次変調信号をｄ^（２）とすると、逆変換データｆ^（２）は下記（８）式で表される。送信部１４は、識別情報および逆変換データｆ^（２）に基づく送信信号を送信する。

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、入力信号に対して一次変調を行って一次変調信号を生成し、直並列変換部１２は、一次変調信号を直並列変換する（ステップＳ１１０）。ＩＦＦＴ部１３は、直並列変換された一次変調信号のＩＦＦＴを行って、逆変換データを生成する（ステップＳ１２０）。送信部１４は、逆変換データを合成してベースバンド信号を生成し、該入力信号を特定する識別情報およびベースバンド信号に基づき送信信号を生成し、他の機器に送信する（ステップＳ１３０）。

図５は、実施の形態に係る通信機が行う再送制御の動作の一例を示すフローチャートである。再送要求受信部１７は、アンテナ１０および送受信切替部１５を介して、他の機器から識別情報を含む再送要求を受信する（ステップＳ２１０）。演算部１６は、該識別情報が特定する入力信号の要素数と同数の１または０の集合である任意のデータ系列を用い、該入力信号の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列の要素との排他的論理和を要素とする演算データを生成する（ステップＳ２２０）。変調部１１は、送られた演算データに対して一次変調を行って一次変調信号を生成し、直並列変換部１２は、一次変調信号を直並列変換する（ステップＳ２３０）。ＩＦＦＴ部１３は、直並列変換された一次変調信号のＩＦＦＴを行って、逆変換データを生成する（ステップＳ２４０）。送信部１４は、逆変換データを合成してベースバンド信号を生成し、該入力信号を特定する識別情報およびベースバンド信号に基づき送信信号を生成し、他の機器に送信する（ステップＳ２５０）。通信機１は、同じ入力信号を特定する識別情報を含む、２回目以降の再送要求に対しては、前回までに用いたデータ系列とは異なるデータ系列を用いて上述の処理を行う。

図６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。通信機３は、他の機器から送信信号を受信し、必要に応じて他の機器に送信信号の再送要求を送信する。通信機３は、アンテナ３０、線形結合部３１、逆演算部３２、復調部３３、並直列変換部３４、ＦＦＴ部３５、受信部３６、送受信切替部３７、判定部３８、および再送要求送信部３９を備える。通信機１が送信した送信信号を通信機３が受信した場合を例にして説明する。

受信部３６は、アンテナ３０および送受信切替部３７を介して、送信信号を受信し、識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成し、ＦＦＴ部３５に送る。ＦＦＴ部３５は、並列信号のＦＦＴを行って、一次変調信号を生成し、並直列変換部３４および判定部３８に送る。識別情報は送信信号に対応する送信側の入力信号を特定する。識別情報、識別情報が特定する入力信号、および一次変調信号の対応付けは、例えばＲＡＭ２３に記憶される。ＦＦＴ部３５は、並列信号に対して通信方式に基づく復調を行い、一次変調信号を生成する一次復調手段としての動作を行う。

並直列変換部３４は、一次変調信号を並直列変換し、並直列変換した一次変調信号を復調部３３に送る。復調部３３は、並直列変換された一次変調信号を復調して復調信号を生成し、逆演算部３２に送る。復調部３３は、一次変調信号を復調して復調信号を生成する二次復調手段として動作する。

判定部３８は、複素平面上の定めた範囲内に位置する一次変調信号の要素の数に基づき、送信信号の再送の要否を判定し、判定結果を線形結合部３１に送り、再送が必要である場合にはその旨を再送要求送信部３９に送る。図７は、実施の形態における信号点配置図の例を示す図である。変調部１１でＱＰＳＫを用いた場合、変調部１１が出力する一次変調信号の信号点配置図を、図７に示す。図８は、実施の形態における復調された一次変調信号の例を示す図である。送信部１４が備える増幅器の非線形性による送信信号の歪みや伝送路中の雑音の影響により、ＦＦＴ部３５が出力する一次変調信号は、図８に示すように分散している。本実施の形態において、伝送路は無線伝送路を意味する。

例えば判定部３８は、図８に点線で示す複素平面上の定めた範囲内、に位置する一次変調信号の要素が閾値以上である場合には、再送は不要であると判定し、閾値未満である場合には再送が必要であると判定する。上記定めた範囲および閾値はＢＥＲの要求レベルに応じて任意に定めることができる。例えば複素平面上において、図７に示す信号点配置図の各点をそれぞれ重心とする、辺の長さが０．０８である正方形の内部を上記定めた範囲としてもよい。また例えば閾値をＦＦＴサイズに３／４を乗算した値としてもよい。

再送要求送信部３９は、判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合であって、該送信信号が含む識別情報が特定する送信側の入力信号と同じ入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を通信機１に送信する。なお該再送要求を送信した回数が閾値に達している場合には、再送要求送信部３９は、再送要求を送信しない。送信側の入力信号と、該再送要求を送信した回数との対応付けを、例えばＲＡＭ２３に記憶してもよいし、再送要求送信部３９が通信機３の各部に通知してもよい。判定部３８で一次変調信号に基づき再送の要否を判定し、再送要求送信部３９で再送要求を送信することで、ＢＥＲの劣化を低減することが可能となる。

逆演算部３２は、該再送要求を送信した回数が０の場合、すなわち、ある送信側の入力信号について最初に受け取った復調信号については、復調信号の要素数と同数の０の集合であるデータ系列を用い、復調信号の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成し、線形結合部３１に送る。すなわち、該再送要求を送信した回数が０の場合には、逆演算データは復調信号に一致する。

逆演算部３２は、該再送要求を送信した回数が１以上の場合には、回数ごとに定義された、復調信号の要素数と同数の１または０の集合であるデータ系列を用い、復調信号の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成し、線形結合部３１に送る。回数ごとに定義されたデータ系列は、通信機１の演算部１６で用いられたデータ系列に一致する。すなわち、上述の例では、１回目の再送の場合には上記（３）式で表されるデータ系列ｐ^（１）を用い、２回目の再送の場合には上記（６）式で表されるデータ系列ｐ^（２）を用いる。

判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定される、または、該再送要求を送信した回数が閾値に達するまで、上述の処理は繰り返し行われる。

線形結合部３１は、それぞれが０以上の実数であって合計が１となる係数を用いて、同じ送信側の入力信号を特定する識別情報を含む送信信号に対応する逆演算データの各要素の線形結合を要素とするデータを出力する。例えば、線形結合部３１は、判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定された場合であって、該送信信号と同じ識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数が閾値に達していない場合には、再送が不要と判定された送信信号に対応する逆演算データを出力する。また線形結合部３１は、同じ入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数が閾値に達している場合には、同じ入力信号を特定する識別情報を含む送信信号に対応する逆演算データの各要素の、平均値または絶対値が最大の要素と最小の要素との平均値、を要素とするデータを出力する。

再送要求についての閾値が２の場合を例にして通信機３の動作について説明する。再送要求を送信した回数が０回の場合、ある送信側の入力信号について最初に受信した送信信号に対し、逆演算部３２は復調信号ｖに一致する逆演算データを出力する。判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定された場合には、線形結合部３１は復調信号ｖに一致する逆演算データを出力する。

判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数は０であって閾値２未満であるから、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を通信機１に送信する。その後通信機３は通信機１から再度送信信号を受信する。そして、該入力信号について２番目に受信した送信信号に対し、逆演算部３２は復調信号ｖ^（１）の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列ｐ^（１）の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データｗ^（１）を出力する。逆演算データｗ^（１）は、下記（９）式で表される。判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定された場合には、線形結合部３１は逆演算データｗ^（１）を出力する。復調信号ｖ^（１）はｂ^（１）に一致するため、逆演算データｗ^（１）は、上記（１）式で表される入力信号ｂに一致する。

再送要求送信部３９は、判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数は１であって閾値２未満であるため、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を通信機１に送信する。その後通信機３は通信機１から再度送信信号を受信する。そして、該入力信号について３番目に受信した送信信号に対し、逆演算部３２は復調信号ｖ^（２）の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列ｐ^（２）の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データｗ^（２）を出力する。逆演算データｗ^（２）は、下記（１０）式で表される。再送要求を送信した回数が閾値２に達しているため、線形結合部３１は、例えば同じ識別情報を含む送信信号に対応する逆演算データの各要素の平均値を要素とする、下記（１１）式で表されるデータを出力する。なお再送要求送信部３９は、判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合であっても、該入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数は２であって閾値２に到達しているため、再送要求を送信しない。

逆演算データの各要素の平均値を要素とするデータを出力することで、増幅器による送信信号の歪みの影響を低減し、またガウス雑音の影響を抑制することができる。そのため、ＢＥＲの劣化を抑制することが可能となる。

図９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３０および送受信切替部３７を介して、送信信号を受信し、識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する（ステップＳ３１０）。ＦＦＴ部３５は、並列信号のＦＦＴを行って、一次変調信号を生成する（ステップＳ３２０）。並直列変換部３４は、一次変調信号を並直列変換し、復調部３３は、並直列変換された一次変調信号を復調して復調信号を生成する（ステップＳ３３０）。逆演算部３２は、復調信号の各要素と該要素と同じ位置にあるデータ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成する（ステップＳ３４０）。

判定部３８は、複素平面上の定めた範囲内に位置する一次変調信号の要素の数に基づき、送信信号の再送の要否を判定する（ステップＳ３５０）。判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合であって、該送信信号が含む識別情報が特定する入力信号と同じ入力信号を特定する識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には（ステップＳ３６０；Ｙ、Ｓ３７０；Ｙ）、再送要求送信部３９は、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を通信機１に送信し（ステップＳ３８０）、ステップＳ３１０に戻る。

判定部３８で送信信号の再送が必要であると判定された場合であって、該再送要求を送信した回数が閾値に達している場合（ステップＳ３６０；Ｙ、Ｓ３７０；Ｎ）、または、判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定された場合であって、該再送要求を送信した回数が閾値に達している場合には（ステップＳ３６０；Ｎ、Ｓ３９０；Ｎ）、線形結合部３１は、同じ入力信号を特定する識別情報を含む送信信号に対応する逆演算データの各要素の平均値を要素とするデータを出力する（ステップ４００）。

判定部３８で送信信号の再送が不要であると判定された場合であって、該再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には（ステップＳ３６０；Ｎ、Ｓ３９０；Ｙ）、線形結合部３１は、再送が不要と判定された送信信号に対応する逆演算データを出力する（ステップＳ４１０）。なおステップＳ３３０〜Ｓ３４０の処理と、ステップＳ３５０〜Ｓ３９０の処理は、並行して行ってもよい。

以上説明したとおり、実施の形態に係る通信機１、３によれば、ＢＥＲの劣化を低減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。入力信号にランダム信号を用いて、理想増幅器を用いた場合と、非線形領域を有する増幅器を用いた場合のそれぞれについて、入力信号を一次変調方式で変調した信号を直並列変換し、ＩＦＦＴを行ってベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲの算出を繰り返すシミュレーションを行った。図１０は、増幅器の特性の例を示す図である。非線形領域を有する増幅器として、図１０に示す特性を持つ増幅器を用い、出力信号飽和点ａ（単位：ｄＢｍ）を変えてシミュレーションを行った。一次変調方式を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１１は、増幅器の特性に応じたベースバンド信号の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。理想増幅器を用いた場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を細い実線のグラフで示す。ａ＝０．０２とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を太い実線のグラフで示し、ａ＝０．０２１５とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を点線のグラフで示し、ａ＝０．０２３とした場合のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を一点鎖線のグラフで示す。非線形領域を有する増幅器の出力信号に歪みが生じていることがわかる。

図１２は、実施の形態に係る通信機における出力信号飽和点と伝送率の関係を示す図である。実施の形態に係る通信機１、３を用いて通信を行い、出力信号飽和点ａを変化させた場合の出力信号飽和点と伝送率との関係を示す。ａ＝０．０２３の場合の伝送率を１とする。出力信号飽和点が小さくなる、すなわち増幅器における歪みが増大するにつれて、ＢＥＲが劣化し、再送回数が増えるため、伝送率が劣化することがわかる。

従来技術による通信と実施の形態に係る通信機１、３を用いた通信とのそれぞれに対し、一次変調方式をＱＰＳＫとし、ＦＦＴサイズを２０４８とし、出力信号飽和点ａを変えて、ＢＥＲ特性についてのシミュレーションを行った。通信機３の判定部３８で用いる定めた範囲を、ＱＰＳＫの信号点配置図の各点をそれぞれ重心とする、辺の長さが０．０８である正方形の内部とし、閾値を１００とした。従来技術とは、上述のような再送処理を行わず、入力信号を一次変調方式で変調した信号を直並列変換し、ＩＦＦＴを行ってベースバンド信号を生成し送信する技術である。

図１３、図１４、および図１５は、実施の形態に係る通信機における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。図１３の場合は、ａ＝０．０２であり、図１４の場合は、ａ＝０．０２１５であり、図１５の場合は、ａ＝０．０２３である。ＯＦＤＭ通信において、ＱＰＳＫ変調を行い、理想増幅器を用いた場合を理論値として、プロット点を四角で表したグラフで示す。従来技術のＢＥＲは、プロット点を三角で表したグラフであり、実施の形態に係る通信機１、３を用いた場合のＢＥＲは、プロット点を丸で表したグラフである。図１３ないし図１５のいずれにおいても、実施の形態に係る通信機１、３を用いた場合のＢＥＲは、従来技術より改善しており、特に雑音レベルが低い場合には理論値と同じ程度にまでＢＥＲが改善している。

上述のシミュレーションにより、実施の形態に係る通信機１、３によればＢＥＲの劣化を抑制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。通信機１、３が用いる通信方式はＯＦＤＭに限られず、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）などを用いることができる。変調部１１の一次変調方式は、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。また直並列変換部１２の位置は、上述の実施の形態に限られず、変調部１１の前に位置するようにしてもよい。同様に、並直列変換部３４の位置も、上述の実施の形態に限られず、復調部３３の後に位置するようにしてもよい。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３５は、ＦＦＴの代わりにＤＦＴを行うよう構成してもよい。

線形結合部３１は、同じ識別情報を含む送信信号について再送要求を送信した回数が閾値に達している場合であっても、判定部３８で送信信号の再送が不要と判定された場合には、再送が不要と判定された送信信号に対応する逆演算データを出力してもよい。

１、３通信機
１０アンテナ
１１変調部
１２直並列変換部
１３ＩＦＦＴ部
１４送信部
１５送受信切替部
１６演算部
１７再送要求受信部
２０コントローラ
２１ＣＰＵ
２２Ｉ／Ｏ
２３ＲＡＭ
２４ＲＯＭ
３０アンテナ
３１線形結合部
３２逆演算部
３３復調部
３４並直列変換部
３５ＦＦＴ部
３６受信部
３７送受信切替部
３８判定部
３９再送要求送信部

Claims

送信信号を受信し、前記送信信号に対応する送信側の入力信号を特定する識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する受信手段と、
前記並列信号に対して通信方式に基づく復調を行い、一次変調信号を生成する一次復調手段と、
複素平面上の定めた範囲内に位置する前記一次変調信号の要素の数に基づき、前記送信信号の再送の要否を判定する判定手段と、
前記判定手段で前記送信信号の再送が必要と判定された場合であって、該送信信号が含む前記識別情報が特定する前記入力信号と同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を送信する再送要求送信手段と、
前記一次変調信号を復調し、復調信号を生成する二次復調手段と、
前記再送要求を送信した回数が０の場合には、前記復調信号の要素数と同数の０の集合であるデータ系列を用い、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合には、前記回数ごとに定義された、前記復調信号の要素数と同数の１または０の集合であるデータ系列を用い、前記復調信号の各要素と該要素と同じ位置にある前記データ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成する逆演算手段と、
それぞれが０以上の実数であって合計が１となる係数を用いて、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の線形結合を要素とするデータを出力する線形結合手段と、
を備えることを特徴とする通信機。
前記線形結合手段は、前記判定手段で前記送信信号の再送が不要と判定された場合であって、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達していない場合には、再送が不要と判定された前記送信信号に対応する前記逆演算データを出力し、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達している場合には、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の、平均値または絶対値が最大の要素と絶対値が最小の要素との平均値、を要素とするデータを出力することを特徴とする請求項１に記載の通信機。
前記逆演算手段は、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合のデータ系列として、擬似ランダム雑音系列の要素の内、値が−１である要素の値を０に置き換えて生成したデータ系列を用いる請求項１または２に記載の通信機。
送信信号を受信し、前記送信信号に対応する送信側の入力信号を特定する識別情報を抽出し、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する受信ステップと、
前記並列信号に対して通信方式に基づく復調を行い、一次変調信号を生成する一次復調ステップと、
複素平面上の定めた範囲内に位置する前記一次変調信号の要素の数に基づき、前記送信信号の再送の要否を判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記送信信号の再送が必要と判定された場合であって、該送信信号が含む前記識別情報が特定する前記入力信号と同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号について再送要求を送信した回数が閾値未満である場合には、該入力信号を特定する識別情報を含む再送要求を送信する再送要求送信ステップと、
前記一次変調信号を復調し、復調信号を生成する二次復調ステップと、
前記再送要求を送信した回数が０の場合には、前記復調信号の要素数と同数の０の集合であるデータ系列を用い、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合には、前記回数ごとに定義された、前記復調信号の要素数と同数の１または０の集合であるデータ系列を用い、前記復調信号の各要素と該要素と同じ位置にある前記データ系列の要素との排他的論理和を要素とする逆演算データを生成する逆演算ステップと、
それぞれが０以上の実数であって合計が１となる係数を用いて、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の線形結合を要素とするデータを出力する線形結合ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記線形結合ステップにおいて、前記判定ステップで前記送信信号の再送が不要と判定された場合であって、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達していない場合には、再送が不要と判定された前記送信信号に対応する前記逆演算データを出力し、前記再送要求を送信した回数が前記閾値に達している場合には、同じ前記入力信号を特定する前記識別情報を含む前記送信信号に対応する前記逆演算データの各要素の、平均値または絶対値が最大の要素と絶対値が最小の要素との平均値、を要素とするデータを出力することを特徴とする請求項４に記載の通信方法。
前記逆演算ステップにおいて、前記再送要求を送信した回数が１以上の場合のデータ系列として、擬似ランダム雑音系列の要素の内、値が−１である要素の値を０に置き換えて生成したデータ系列を用いる請求項４または５に記載の通信方法。