JP6336292B2 - 複素デジタル信号圧縮装置及びプログラム、複素デジタル信号伸長装置及びプログラム、並びに、通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複素デジタル信号圧縮装置及びプログラム、複素デジタル信号伸長装置及びプログラム、並びに、通信装置に関し、例えば、基地局構成が、ユーザ端末（ＵＥ；Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を収容する無線部（ＲＲＨ；Ｒｅｍｏｔｅ ＲａｄｉｏＨｅａｄｓ）と、制御・ベースバンド部（ＢＢＵ；Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｕｎｉｔ）とに分かれているクラウド無線アクセスネットワークに適用し得るものである。

クラウド無線アクセスネットワークにおいて、上述した無線部が該当する第１の通信装置と、上述した制御・ベースバンド部が該当する第２の通信装置との間は、ＣＰＲＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の汎用インタフェースのリンクを介して接続される。ＣＰＲＩにおいては、第１の通信装置と第２の通信装置との間で、上り信号若しくは下り信号になっている複素デジタル信号（複素ベースバンド信号）を授受する。ＣＰＲＩでは、複素デジタル信号の授受を圧縮して行うことは規定されていないが、複素デジタル信号を圧縮してＣＰＲＩリンクに送信し、他方が圧縮信号を伸長して複素デジタル信号に戻すことが提案されている。

従来、複素デジタル信号を圧縮する場合、複素デジタル信号の実数成分及び虚数成分を個別に圧縮していた。非特許文献１の記載技術では、ノイズシェイプフィルタを伴った再量子化とレート変換によりアナログ／デジタル変換後の実数成分及び虚数成分のビット数をそれぞれ１５ビットから５ビットへと１／３に圧縮している。また、非特許文献２の記載技術では、アナログ／デジタル変換後の実数成分及び虚数成分のビット数をそれぞれ、１６ビットから１４ビットへ削減する手段と音声圧縮技術であるＦｒｅｅ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃを用いて１／２に圧縮している。

Ｋａｒｌ Ｆ． Ｎｉｅｍａｎ ａｎｄ Ｂｒｉａｎ Ｌ． Ｅｖａｎｓ，"Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ−Ｂａｓｅｂａｎｄ ＬＴＥ Ｓｉｇｎａｌｓ ｆｏｒ Ｃｌｏｕｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"，２０１３ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１３ 縣亮、難波忍著、"無線基地局向け光アクセス線路の伝送効率向上のためのベースバンド信号圧縮技術の検討"、２０１３年電子情報通信学会総合大会Ｂ−８−９、２０１３年３月

しかしながら、例えば、非特許文献２に記載されているように、移動通信分野では、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）やマルチバンド化により、ＣＰＲＩ上の伝送速度が基地局当たり数十Ｇｂｐｓに達する。そのため、圧縮、伸長による信号劣化を増大させることなく圧縮率をさらに高めることが求められている。

本発明は、以上の点に鑑みなされものであり、信号品質を劣化させることなく複素デジタル信号の圧縮率を一段と高めることも可能な複素デジタル信号圧縮装置及びプログラム、複素デジタル信号伸長装置及びプログラムを提供しようとしたものである。また、他の本発明は、そのような複素デジタル信号圧縮装置若しくはプログラム、複素デジタル信号伸長装置若しくはプログラムを搭載した通信装置を提供しようとしたものである。

第１の本発明は、複素デジタル信号を圧縮する複素デジタル信号圧縮装置において、（１）下記式（Ａ）に従って、自己へ入力された複素デジタル信号に基づいて、第１の位相及び第２の位相を得る信号／２位相変換手段と、（２）第１の位相及び第２の位相をそれぞれ、量子化して圧縮する圧縮手段とを有することを特徴とする複素デジタル信号圧縮装置。
ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。

第２の本発明の複素デジタル信号圧縮プログラムは、コンピュータを、（１）下記式（Ａ）に従って、自己へ入力された複素デジタル信号に基づいて、第１の位相及び第２の位相を得る信号／２位相変換手段と、（２）第１の位相及び上記第２の位相をそれぞれ、量子化して圧縮する圧縮手段として機能させることを特徴とする複素デジタル信号圧縮プログラム。
ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。

第３の本発明は、複素デジタル信号圧縮装置によって、下記式（Ａ）に従って複素デジタル信号ｘに基づいて得た第１の位相及び第２の位相を量子化して圧縮された圧縮信号を伸長する複素デジタル信号伸長装置において、（１）圧縮信号に含まれている第１の位相及び第２の位相の量子化値を取り出してそれぞれ逆量子化する伸長手段と、（２）伸長手段が得た第１の位相及び第２の位相に基づいて、複素デジタル信号を復元する２位相／信号変換手段とを有することを特徴とする複素デジタル信号伸長装置。
ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。

第４の本発明の複素デジタル信号伸長プログラムは、複素デジタル信号圧縮装置によって、下記式（Ａ）に従って複素デジタル信号ｘに基づいて得た第１の位相及び第２の位相を量子化して圧縮された圧縮信号を伸長する複素デジタル信号伸長プログラムにおいて、コンピュータを、（１）入力された圧縮信号に含まれている第１の位相及び第２の位相の量子化値を取り出してそれぞれ逆量子化する伸長手段と、（２）伸長手段が得た第１の位相及び第２の位相に基づいて、複素デジタル信号を復元する２位相／信号変換手段として機能させることを特徴とする複素デジタル信号伸長プログラム。
ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。

第５の本発明は、複素デジタル信号を、搭載している複素デジタル信号圧縮装置によって圧縮して対向通信装置に向けて送信する通信装置において、上記複素デジタル信号圧縮装置として、第１の本発明の複素デジタル信号圧縮装置を適用したことを特徴とする。

第６の本発明は、対向通信装置から到来した圧縮信号を、搭載している複素デジタル信号伸長装置によって伸長して複素デジタル信号を復元する通信装置において、上記複素デジタル信号伸長装置として、第３の本発明の複素デジタル信号伸長装置を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、信号品質を劣化させることなく複素デジタル信号の圧縮率を一段と高めることができる。

第１の実施形態の通信装置における特徴構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における複素デジタル信号の圧縮方法に対する、シミュレーションによる特性評価結果を示す図表である。 図２の特性評価結果に基づいて形成した圧縮率−ＥＶＭ特性を示すグラフである。 第２の実施形態の通信装置における特徴構成を示すブロック図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による複素デジタル信号圧縮装置及びプログラム、複素デジタル信号伸長装置及びプログラム、並びに、通信装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
第１の実施形態の通信装置は、ＣＰＲＩリンクを介して対向する、基地局を構成する無線部（以下、ＲＲＨと呼ぶ）及び制御・ベースバンド部（以下、ＢＢＵと呼ぶ）の一方の装置である。第１の実施形態の場合、ＣＰＲＩリンクを介した複素デジタル信号の授受を、複素デジタル信号を圧縮して行う。

第１の実施形態の通信装置がＲＲＨの場合には、上り方向に、第１の実施形態の複素デジタル信号圧縮装置を備えて圧縮した信号をＣＰＲＩリンクに送出すると共に、下り方向に、第１の実施形態の複素デジタル信号伸長装置を備えてＣＰＲＩリンクから到来した圧縮信号を伸長して複素デジタル信号のベースバンド信号に戻す。一方、第１の実施形態の通信装置がＢＢＵの場合には、下り方向に、第１の実施形態の複素デジタル信号圧縮装置を備えて圧縮した信号をＣＰＲＩリンクに送出すると共に、上り方向に、第１の実施形態の複素デジタル信号伸長装置を備えてＣＰＲＩリンクから到来した圧縮信号を伸長して複素デジタル信号のベースバンド信号に戻す。

図１は、第１の実施形態の通信装置における特徴構成を示すブロック図である。

第１の実施形態の通信装置における特徴構成は、ハードウェアで構成することも可能であり、また、ＣＰＵが実行するソフトウェア（複素デジタル信号圧縮装置プログラムや複素デジタル信号伸長プログラム）とＣＰＵとで実現することも可能であるが、いずれの実現方法を採用した場合であっても、機能的には図１で表すことができる。

図１において、通信装置１は、複素デジタル信号圧縮装置１０及び複素デジタル信号伸長装置２０を有する。

複素デジタル信号圧縮装置１０は、前段から与えられた複素デジタル信号を圧縮して圧縮信号をＣＰＲＩリンク２に送出するものである。複素デジタル信号圧縮装置１０は、複素デジタル信号入力部１１、ダウンサンプリング部１２、信号／２位相変換部１３及び圧縮部１４を有する。

複素デジタル信号伸長装置２０は、ＣＰＲＩリンク２から到来した圧縮信号を伸長し、得られた複素デジタル信号を後段の処理部に出力するものである。複素デジタル信号伸長装置２０は、伸長部２１、２位相／信号変換部２２、アップサンプリング部２３及び複素デジタル信号出力部２４を有する。

複素デジタル信号圧縮装置１０における複素デジタル信号入力部１０は圧縮対象である複素デジタル信号を取り込むものである。複素デジタル信号のビット数は問われないものであるが、例えば、実数部及び虚数部がそれぞれ１５ビットで表現されたものを適用することができる。

ダウンサンプリング部１１は、複素デジタル信号の占有帯域に応じて入力された信号をダウンサンプリングするものである。ここで、複素デジタル信号がＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）信号の場合であれば、３／４にダウンサンプリングする。ダウンサンプリング部１１や後述するアップサンプリング部２３は、複素デジタル信号圧縮装置１０及び複素デジタル信号伸長装置２０の用途によっては省略しても良いものである。

信号／２位相変換部１３は、ダウンサンプリング部１１から与えられた複素デジタル信号を、その複素デジタル信号が有する位相（以下、第１の位相と呼ぶことがある）θを中心とした正負に同じ位相（以下、第２の位相と呼ぶことがある）φだけ移相させた等振幅の２つの複素デジタル信号の和で表現したと仮定し、第１の位相θ及び第２の位相φを圧縮部１４に与えるものである。

入力された複素デジタル信号をｘとすると、第１の位相θは（１）式で表される。また、所定の値（任意の定数）ｙを導入すると、入力された複素デジタル信号ｘは、（２）式で表される第２の位相φも用いて（３）式に示すように、等振幅の２つの複素デジタル信号の和で表現できる。

θ＝ｔａｎ^−１（ｘ） …（１）
φ＝ｃｏｓ^−１（｜ｘ｜／２ｙ） …（２）
ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ）） …（３）
信号／２位相変換部１３は、例えば、入力された複素デジタル信号ｘを（３）式の表現に置き換えることなく、（１）式及び（２）式の演算を実行し、得られた第１の位相θ及び第２の位相φを圧縮部１４に与える。第１の位相θ及び第２の位相φは共に０〜２π（若しくは−π〜π）の範囲をとる値である。

圧縮部１４は、第１の位相θ及び第２の位相φをそれぞれ量子化して圧縮し、第１の位相θを圧縮した後の第１の圧縮情報と第２の位相φを圧縮した後の第２の圧縮情報とを含む圧縮信号をＣＰＲＩリンク２に送出するものである。

ここで、圧縮前の第１の位相θ及び第２の位相φのビット数が同じであっても、第１の位相θを圧縮した後の第１の圧縮情報のビット数（第１の位相θに対する圧縮率に反比例している）と、第２の位相φを圧縮した後の第２の圧縮情報のビット数（第２の位相φに対する圧縮率に反比例している）とは、同じであっても異なっていても良い。

例えば、入力された複素デジタル信号ｘの実数成分及び虚数成分がそれぞれ独立なガウス分布であるとすると、詳述は避けるが、第１の位相θの分布は一様分布になり、第２の位相φの分布はある値に偏った分布となり、ある程度大きい確率密度（ヒストグラムの頻度に対応している）をとる分布幅が異なるので、第１の位相θを反映している第１の圧縮情報のビット数を、第２の位相φを反映している第２の圧縮情報のビット数より多くすることは好ましい態様である。また、複素デジタル信号伸長装置２０における伸長後の複素デジタル信号の精度を考慮した場合にも、複素デジタル信号ｘそのものの情報である第１の位相θを反映している第１の圧縮情報のビット数を、補助的な情報として算出された第２の位相φを反映している第２の圧縮情報のビット数より多くすることは好ましい。

第１の位相θに対する量子化方法として、第１の位相θの値に拘わらず一定の量子化レベル（量子化ステップ）を適用する線形量子化方法を適用しても良く、また、第１の位相θの値に応じて量子化レベルを変化させる非線形量子化方法を適用しても良い。同様に、第２の位相φに対する量子化方法として、第２の位相φの値に拘わらず一定の量子化レベルを適用する線形量子化方法を適用しても良く、また、第２の位相φの値に応じて量子化レベルを変化させる非線形量子化方法を適用しても良い。

例えば、入力された複素デジタル信号ｘの実数成分及び虚数成分がそれぞれ独立なガウス分布であるとすると、上述したように、第１の位相θの分布は一様分布になり、第２の位相φの分布はある値に偏った分布となるので、第１の位相θに対して線形量子化方法を適用し、第２の位相φに対して非線形量子化方法を適用することは、好ましい態様である。この場合において、第２の位相φの量子化レベルｘ_ｑは、（４）式に従って算出すれば良い。（４）式は、非特許文献１の式（３）と同様な式である。（４）式において、ＰＤＦ（・）は、確率密度関数である。確率密度関数は、入力された複素デジタル信号を測定することで正確に求めることができ、入力される複素デジタル信号の分布が既知であるため、（４）式に従って量子化レベルｘ_ｑを予め計算できる。第２の位相φの値に対して量子化レベルｘ_ｑが１対１であるので、第２の位相φの値に対して量子化レベルｘ_ｑを適用して求める第２の圧縮情報も、第２の位相φの値に対して１対１である。すなわち、第２の位相φの値が属する範囲と、第２の圧縮情報とを１対１で対応付けた変換テーブルを予め用意しておき、変換テーブルを利用して、第２の位相φの値に対応する第２の圧縮情報を得るようにしても良い。第１の位相θに対して線形量子化方法を適用するとした場合にも、同様に、変換テーブルを利用するようにしても良い。

複素デジタル信号伸長装置２０における伸長部２１は、ＣＰＲＩリンク２から到来した圧縮信号から、第１の圧縮情報及び第２の圧縮情報を抽出した後、第１の圧縮情報及び第２の圧縮情報をそれぞれ、第１の位相θ、第２の位相φに変換（伸長）し、２位相／信号変換部２２に与えるものである。この変換は、量子化レベルを適用した演算による方法であっても良く、圧縮部１４の説明で言及した変換テーブルの入出力が逆の変換テーブルを適用する方法によるものであっても良い。

２位相／信号変換部２２は、伸長部２１から与えられた第１の位相θ及び第２の位相φ、並びに、内部で保持している定数ｙに基づいて、複素デジタル信号ｘを得てアップサンプリング部２３に与えるものである。２位相／信号変換部２２は、例えば、上述した（３）式の演算を実行することにより、複素デジタル信号ｘを得る。なお、複素デジタル信号圧縮装置１０における複素デジタル信号ｘとは対応しないが、（３）式の右辺のｙ倍を省略した演算により、複素デジタル信号を得るようにしても良い。このようにしても、複素デジタル信号ｘに線形な関係の複素デジタル信号を得ることができ、この場合には、２位相／信号変換部２２が定数ｙを保持しておく必要もない。

アップサンプリング部２３は、複素デジタル信号圧縮装置１０におけるダウンサンプリング部１２の逆処理を行って、処理後の複素デジタル信号を複素デジタル信号出力部２４に与えるものである。例えば、ダウンサンプリング部１２が入力複素デジタル信号を３／４にダウンサンプリングするものであれば、アップサンプリング部２３は、２位相／信号変換部２２からの複素デジタル信号のサンプリングレートを４／３に高める。なお、複素デジタル信号圧縮装置１０がダウンサンプリング部１２を備えない場合には、複素デジタル信号伸長装置２０もアップサンプリング部２３を備えないようにする。

複素デジタル信号出力部２４は、アップサンプリング部２３から与えられた複素デジタル信号を、後段の処理部に出力するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の通信装置１の動作を、複素デジタル信号圧縮装置１０における動作、複素デジタル信号伸長装置２０における動作の順に説明する。

複素デジタル信号圧縮装置１０において、複素デジタル信号入力部１０によって取り込まれた圧縮対象の複素デジタル信号は、ダウンサンプリング部１１によってダウンサンプリングされる。

ダウンサンプリング後の複素デジタル信号ｘに基づき、信号／２位相変換部１３によって、その複素デジタル信号ｘが有する第１の位相θと、複素デジタル信号ｘを第１の位相θを中心とした正負に同じ第２の位相φだけ移相させた等振幅の２つの複素デジタル信号の和で表現したと仮定した際の第２の位相φが算出され、第１の位相θ及び第２の位相φが圧縮部１４に与えられる。

圧縮部１４において、第１の位相θ及び第２の位相φはそれぞれ量子化されて圧縮され、第１の位相θが圧縮された後の第１の圧縮情報と第２の位相φが圧縮された後の第２の圧縮情報とを含む圧縮信号がＣＰＲＩリンク２に送出される。

次に、複素デジタル信号伸長装置２０における動作を説明する。

複素デジタル信号伸長装置２０において、ＣＰＲＩリンク２から到来した圧縮信号は伸長部２１に与えられ、伸長部２１において、第１の圧縮情報及び第２の圧縮情報が抽出され、抽出された第１の圧縮情報及び第２の圧縮情報がそれぞれ、第１の位相θ、第２の位相φに変換（伸長）されて２位相／信号変換部２２に与えられる。

２位相／信号変換部２２において、伸長部２１から与えられた第１の位相θ及び第２の位相φ、並びに、内部で保持している定数ｙに基づいて、複素デジタル信号ｘが復元されてアップサンプリング部２３に与えられる。

その後、アップサンプリング部２３において、復元された複素デジタル信号が所定のサンプルレートにアップンサンプリングされて、複素デジタル信号出力部２４から後段の処理部に出力される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、複素デジタル信号圧縮装置及び複素デジタル信号伸長装置間で授受する圧縮情報が、授受すべき複素デジタル信号から得た第１の位相θ及び第２の位相φという２つの位相情報を量子化（圧縮）したものとしたので、高い圧縮率を実現することができる。

特に、第１の実施形態のように、圧縮側において、圧縮の前処理としてダウンサンプリングを実行する場合には、一段と高い圧縮率を実現することができる。

例えば、複素デジタル信号の圧縮方法として、複素デジタル信号の実数成分及び虚数成分の振幅情報を個別に圧縮する方法があるが、第１の実施形態の圧縮方法の方が、より効率的に圧縮することができる。第１の実施形態の場合、２つの位相のダイナミックレンジは０〜２πと一定範囲をとるため量子化後のビット数を大きく抑えることが可能であるが、振幅情報は理論的には上限を定められないため広いダイナミックレンジを確保することが好ましく、量子化後のビット数を大きく抑え難い。

また例えば、複素デジタル信号を、極座標における振幅と位相とで表現し、これら２つの情報を圧縮する方法も考えられる。振幅の量子化に伴う欠点は上述した通りである。極座標での位相は０〜２πの範囲を一様に分布する。第１の実施形態における２つの位相のうち、第２の位相φは第１の位相θからのずれを表現するものであるので、非線形量子化を適用した場合には効率良く量子化することができ、圧縮効率を良好にできる。必要となるビット数の多少から、極座標での振幅を第１の実施形態における第１の位相θ、極座標での位相を第１の実施形態における第２の位相φに対応付けると、第１の実施形態の圧縮方法が、一段と高い圧縮率を実現できることが明白に理解できる。

第１の実施形態によれば、上述したように、圧縮部１４や伸長部２１の処理を、変換テーブルを利用して行うことができる。変換テーブルを利用するようにした場合には、圧縮率を高めても、処理量や演算量の増加を抑えられ、処理遅延の増加や構成の複雑化を避けることができる。上記説明では言及しなかったが、（１）式の演算や（２）式の演算も変換テーブルを用いて行うことができ、このようにした場合には、変換テーブルを利用した場合の効果を奏することができる。

本願発明者は、第１の実施形態の圧縮方法を評価するシミュレーションを行った。すなわち、非特許文献１のＴＡＢＬＥ IIに記載されているＬＴＥ信号の帯域１０ＭＨｚの信号を入力として特性評価を行った。ダウンサンプリング部１２では、ＦＦＴサイズが１０２４であり、占有サブキャリアが６０１であることからレートを３／４にするダウンサンプリングを行った。また、第１の位相θと第２の位相φの量子化ビット数は、最も特性が良い組み合わせを選択したが、概ね、第１の位相θの量子化ビット数に対して、第２の位相φの量子化ビット数が２ビット多い場合が、特性が良い組み合わせになった。

図２は、シミュレーションによる特性評価結果を示す図表であり、図３は、図２の特性評価結果（の網掛け部分）に基づいて形成した圧縮率とＥＶＭとの関係を示すグラフである。

シミュレーションによる特性評価結果より、ＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）＝１％において圧縮率３５％、ＥＶＭ＝２％において圧縮率３０％であり、前者は非特許文献２の５０％、後者は非特許文献１の３３％よりも改善できていることが確認できた。また、６４ＱＡＭにおけるＬＴＥの要求であるＥＶＭ＝８％時には、第１の実施形態の圧縮方法では１９．５％まで圧縮可能である。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による複素デジタル信号圧縮装置及びプログラム、複素デジタル信号伸長装置及びプログラム、並びに、通信装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図４は、第２の実施形態の通信装置における特徴構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

第２の実施形態の通信装置１Ａは、複素デジタル信号圧縮装置１０Ａにおける圧縮部１４Ａと、複素デジタル信号伸長装置２０Ａにおける伸長部２１Ａとが、第１の実施形態のものと異なっている。

第２の実施形態の場合、圧縮部１４Ａも伸長部２１Ａも、第２の位相φの処理については、変換テーブルを利用して量子化（圧縮）若しくは逆量子化（伸長）を行うものである。

圧縮部１４Ａは、第２の位相φの量子化のために複数（ここでは３個とする）の変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３を備え、伸長部２１Ａは、第２の位相φの逆量子化のために複数（３個）の変換テーブル２１Ｔ１〜２１Ｔ３を備える。圧縮部１４Ａ及び伸長部２１Ａはそれぞれ、利用者や設置者等のオペレータの操作に応じて選択した変換テーブル１４Ｔｉ（ｉは１〜３）、２１Ｔｉを適用して量子化（圧縮）若しくは逆量子化（伸長）を行う。

ここで、複数（３個）の変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設ける観点は限定されるものではなく、以下に例示するような観点を挙げることができる。

第１の観点は、圧縮率を選択可能とするためである。すなわち、圧縮後（伸長前）のビット数が異なる複数の変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設けておき、オペレータが選択した圧縮率に応じた変換テーブル１４Ｔｉ、２１Ｔｉを適用するものとする。

第２の観点は、非線形量子化の方式を選択可能とするためである。圧縮後において同一値を取り得る第２の位相φの範囲の組み合わせを複数組定め、各組に対応する複数の変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設け、オペレータが選択した非線形量子化方式に応じた変換テーブル１４Ｔｉ、２１Ｔｉを適用するものとする。

第３の観点は、圧縮率と非線形量子化方式の組み合わせ毎に、変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設け、オペレータが選択した圧縮率と非線形量子化方式の組み合わせに応じた変換テーブル１４Ｔｉ、２１Ｔｉを適用するものとする。

第４の観点は、第２の位相φを算出する際に適用する定数ｙ毎に、変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設けて、オペレータの選択に供するようにしても良い。

以上では、第２の位相φの量子化、逆量子化のために複数の変換テーブル１４Ｔ１〜１４Ｔ３、２１Ｔ１〜２１Ｔ３を設ける場合を示したが、これに加え、第１の位相θの量子化、逆量子化のために複数の変換テーブルを設け、選択可能とするようにしても良い。ここで、１つの選択操作が、第２の位相φに係る変換テーブルの選択指示と、第１の位相θに係る変換テーブルの選択指示とを兼ねるようにしても良い。すなわち、１回の選択操作で、第２の位相φに係る変換テーブルの選択と、第１の位相θに係る変換テーブルの選択とが連動して実行されるものであっても良い。

上記では、オペレータが複数の変換テーブルから適用するものを選択する場合を示したが、自動的に適用する変換テーブルを定めるようにしても良い。例えば、第２の位相φの分布として異なる分布を適用した複数の変換テーブルを用意しておき、通信初期時に、第２の位相φの分布（ヒストグラム）を算出し、変換テーブルを作成した際の前提分布が、算出した分布と最も整合している変換テーブルを適用するものと定めるようにしても良い。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、圧縮部及び伸長部における量子化（圧縮）方式や逆量子化（伸長）方式を選択できるという効果を奏することができる。

（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態は、本発明の複素デジタル信号圧縮装置及び複素デジタル信号伸長装置を、ＲＲＨとＢＢＵとを含むクラウド無線アクセスネットワークに適用するイメージで説明したが、本発明の複素デジタル信号圧縮装置及び複素デジタル信号伸長装置の用途はこれに限定されるものではない。

また、上記各実施形態では、１つの通信装置が複素デジタル信号圧縮装置及び複素デジタル信号伸長装置を備えるものを示したが、１つの通信装置が複素デジタル信号圧縮装置又は複素デジタル信号伸長装置の一方だけを備えるものであっても良い。

１、１Ａ…通信装置、２…ＣＰＲＩリンク、
１０、１０Ａ…複素デジタル信号圧縮装置、１１…複素デジタル信号入力部、１２…ダウンサンプリング部、１３…信号／２位相変換部、１４、１４Ａ…圧縮部、
２０、２０Ａ…複素デジタル信号伸長装置、２１、２１Ａ…伸長部、２２…２位相／信号変換部、２３…アップサンプリング部、２４…複素デジタル信号出力部。

Claims (8)

1. 複素デジタル信号を圧縮する複素デジタル信号圧縮装置において、
   下記式（Ａ）に従って、自己へ入力された複素デジタル信号に基づいて、第１の位相及び第２の位相を得る信号／２位相変換手段と、
   上記第１の位相及び上記第２の位相をそれぞれ、量子化して圧縮する圧縮手段と
   を有することを特徴とする複素デジタル信号圧縮装置。
   上記圧縮手段が、上記第１の位相及び上記第２の位相の値に応じて、上記第１の位相及び上記第２の位相の量子化値を変化させる
   ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
   ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。
2. 入力された複素デジタル信号のサンプルレートを落として上記信号／２位相変換手段に与えるダウンサンプリング手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の複素デジタル信号圧縮装置。
3. コンピュータを、
   下記式（Ａ）に従って、自己へ入力された複素デジタル信号に基づいて、第１の位相及び第２の位相を得る信号／２位相変換手段と、
   上記第１の位相及び上記第２の位相をそれぞれ、量子化して圧縮する圧縮手段と
   して機能させることを特徴とする複素デジタル信号圧縮プログラム。
   ことを特徴とする複素デジタル信号圧縮プログラム。
   ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
   ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。
4. 複素デジタル信号圧縮装置によって、下記式（Ａ）に従って複素デジタル信号ｘに基づいて得た第１の位相及び第２の位相を量子化して圧縮された圧縮信号を伸長する複素デジタル信号伸長装置において、
   上記圧縮信号に含まれている上記第１の位相及び上記第２の位相の量子化値を取り出してそれぞれ逆量子化する伸長手段と、
   上記伸長手段が得た上記第１の位相及び上記第２の位相に基づいて、複素デジタル信号を復元する２位相／信号変換手段と
   を有することを特徴とする複素デジタル信号伸長装置。
   ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
   ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。
5. 上記２位相／信号変換手段が復元した複素デジタル信号のサンプリングレートを高めるアップサンプリング手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の複素デジタル信号伸長装置。
6. 複素デジタル信号圧縮装置によって、下記式（Ａ）に従って複素デジタル信号ｘに基づいて得た第１の位相及び第２の位相を量子化して圧縮された圧縮信号を伸長する複素デジタル信号伸長プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   入力された上記圧縮信号に含まれている上記第１の位相及び上記第２の位相の量子化値を取り出してそれぞれ逆量子化する伸長手段と、
   上記伸長手段が得た上記第１の位相及び上記第２の位相に基づいて、複素デジタル信号を復元する２位相／信号変換手段と
   して機能させることを特徴とする複素デジタル信号伸長プログラム。
   ｘ＝ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ＋φ）＋ｙ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））…（Ａ）
   ｘは上記入力された複素デジタル信号であり、θは上記第１の位相であって上記入力された複素デジタル信号の位相であり、φは上記第２の位相であって上記第１の位相θを中心として正負に移相させる位相であり、ｙは所定値である。
7. 複素デジタル信号を、搭載している複素デジタル信号圧縮装置によって圧縮して対向通信装置に向けて送信する通信装置において、
   上記複素デジタル信号圧縮装置として、請求項１又は２に記載の複素デジタル信号圧縮装置を適用したことを特徴とする通信装置。
8. 対向通信装置から到来した圧縮信号を、搭載している複素デジタル信号伸長装置によって伸長して複素デジタル信号を復元する通信装置において、
   上記複素デジタル信号伸長装置として、請求項４又は５に記載の複素デジタル信号伸長装置を適用したことを特徴とする通信装置。

Images