JP6906720B1

JP6906720B1 - 送信装置および受信装置

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Publication number: JP6906720B1
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Inventors: 昭範中島
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

送信装置（１０）は、データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有し、時間領域および周波数領域において一定振幅である基準系列を取得する基準系列取得部（１０６）と、基準系列を含む信号を送信する多重化部（１０８）と、を備えることを特徴とする。

Description

本開示は、既知系列を伝送する送信装置、受信装置、無線通信システム、制御回路、および記憶媒体に関する。

無線通信システムを安定して可動させるためには、無線環境を把握して、問題が生じた場合に早期かつ正確に問題を特定することが重要である。既知系列を用いて無線環境を解析する技術を用いると、無線通信システムの運用を停止させることなく、無線環境を把握することができる。例えば、非特許文献１に開示されているように、ＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列は、３ＧＰＰ（Generation Partnership Project）において第４世代セルラー無線通信システムとして規格化されているＬＴＥ（Long Term Evolution）システムで上りリンクの参照信号と呼ばれる既知系列として用いられている。また、非特許文献２には、情報系列にＣＡＺＡＣ系列を適用する技術も開示されている。ＣＡＺＡＣ系列は、時間領域および周波数領域で振幅が一定であるという特徴を有する。ＣＡＺＡＣ系列を用いることで、高い精度かつ比較的簡易に周波数応答を推定可能である。

３ＧＰＰＴＳ３６．２１２Ｖ９．２．０，３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ；ＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ；ＥｖｏｌｖｅｄＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ（Ｅ−ＵＴＲＡ）；ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓ（Ｒｅｌｅａｓｅ９），２０１０−０６Ｚｈｉ−ＣｈｅｎｇＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．，"ＢＥＲＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｈｉｒｐＱＰＳＫｉｎＭｕｌｔｉｐａｔｈＣｈａｎｎｅｌ," Ｐｒｏｃ. ｏｆＩＥＥＥＩＣＥＣＣ, ｐｐ．１３４９−１３５２，２０１１．

しかしながら、既存のシステムで使用されている変調信号の間に既知系列としてＣＡＺＡＣ系列を周期的に挿入すると、データと既知信号との境界が不連続となり、波形のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）が劣化してしまうという問題があった。また、情報系列にＣＡＺＡＣ系列を適用する場合も、系列の境目が不連続となり、ＰＡＰＲが劣化する。このように、ＣＡＺＡＣ系列を用いた伝送を場合には、ＰＡＰＲの劣化が課題となる。ＰＡＰＲの劣化を抑制するためには、変調方式を変更する必要があり、変調方式が規定された無線規格に準拠する無線通信システムでは、ＰＡＰＲの劣化を抑制することができなかった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ＣＡＺＡＣ系列を用いた伝送を行う場合に、変調方式を変更することなく、波形のＰＡＰＲの劣化を抑制することが可能な送信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる送信装置は、データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有し、時間領域および周波数領域において一定振幅である基準系列を取得する基準系列取得部と、基準系列を含む既知系列を生成する既知系列生成部と、基準系列を含む信号を送信する送信部と、を備える。基準系列取得部は、基準系列の系列長の整数倍が、変調次数または変調次数を２で除算した値と等しくなるように基準系列の系列長を決定し、変調方式のコンステレーションから決められる次数に基づいて、変調方式で取り得るコンステレーションでConstant Amplitude Zero Auto-Correlation系列を生成し、変調方式のパラメータに基づいて、Constant Amplitude Zero Auto-Correlation系列のパラメータが決定されることを特徴とする。

本開示にかかる送信装置は、ＣＡＺＡＣ系列を用いた伝送を行う場合に、変調方式を変更することなく、波形のＰＡＰＲの劣化を抑制することが可能になるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる送信装置の構成を示す図図１に示す多重化部が生成する送信シンボル系列の構成を示す図図１に示す基準系列取得部が取得する基準系列について説明するための図図１に示す基準系列取得部が取得する基準系列の周波数領域におけるスペクトルを示す図図１に示す既知系列生成部の生成する既知系列の一例を示す図図１に示す送信装置が送信した信号を受信する受信装置の構成を示す図実施の形態１の変形例にかかる送信装置の構成を示す図変調方式として２^M値ＱＡＭを用いる場合の基準系列のコンステレーションを説明するための図実施の形態２にかかる送信装置の構成を示す図実施の形態２にかかる受信装置の構成を示す図図９に示す送信装置の基準系列取得部が取得する基準系列について説明するための図図９に示す基準系列取得部が取得する基準系列のコンステレーションを示す図図９に示す既知系列生成部が生成する既知系列を周波数に変換した場合のスペクトルを示す図データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用する場合の実施の形態２の送信装置の構成を示す図データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用する場合の実施の形態２の受信装置の構成を示す図実施の形態１，２にかかる送信装置および受信装置の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図実施の形態１，２にかかる送信装置および受信装置の機能を実現するための制御回路の構成を示す図

以下に、本開示の実施の形態にかかる送信装置、受信装置、無線通信システム、制御回路、および記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる送信装置１０の構成を示す図である。送信装置１０は、変調部１００と、制御部１１０と、送信アンテナ部１２０とを有する。変調部１００は、ビット系列生成部１０１と、誤り訂正符号化部１０２と、インタリーバ１０３と、マッピング部１０４と、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５と、基準系列取得部１０６と、既知系列生成部１０７と、多重化部１０８とを有する。

ビット系列生成部１０１は、送信信号に含めるデータの情報ビット系列を生成する。ビット系列生成部１０１は、生成した情報ビット系列を誤り訂正符号化部１０２に出力する。誤り訂正符号化部１０２は、ビット系列生成部１０１が生成する情報ビット系列を誤り訂正符号化する。誤り訂正符号化部１０２は、符号化後の符号化ビット系列をインタリーバ１０３に出力する。インタリーバ１０３は、誤り訂正符号化部１０２が出力する符号化系列の順番を入れ替える。インタリーバ１０３は、順番を入れ替えた後の符号化系列をマッピング部１０４に出力する。マッピング部１０４は、インタリーバ１０３が出力する符号化系列をマッピングして１次変調シンボルであるデータシンボル系列を生成する。マッピング部１０４は、生成したデータシンボル系列を多重化部１０８に出力する。

伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５は、伝送路推定用の既知パイロット系列を記憶しており、記憶された既知パイロット系列を多重化部１０８に提供することができる。

基準系列取得部１０６は、ＣＡＺＡＣ系列である基準系列を取得する。ＣＡＺＡＣ系列は、時間領域および周波数領域において一定の振幅を有する。基準系列は、送信装置１０が送信信号に含める既知系列を生成するために用いられ、変調部１００が用いる変調方式に対応する規則に則ったＣＡＺＡＣ系列である。基準系列取得部１０６は、例えば、変調部１００が用いる変調方式に合わせて予め算出された基準系列を記憶する記憶部を有している。この場合、基準系列取得部１０６は、複数の種類の基準系列を記憶しており、制御部１１０の指示に従って使用する基準系列を選択し、選択された基準系列を既知系列生成部１０７に出力してもよい。

また、基準系列取得部１０６は、制御部１１０の指示に従って基準系列を算出する機能を有してもよい。この場合、基準系列取得部１０６は、制御部１１０からヌル挿入率、系列インデックスといったパラメータを受け取り、当該パラメータに基づいて、変調部１００が用いる変調方式に対応する規則に則ったＣＡＺＡＣ系列のシンボル系列である基準系列を算出する。基準系列取得部１０６は、取得した基準系列を既知系列生成部１０７に出力する。

既知系列生成部１０７は、基準系列取得部１０６が出力する基準系列に基づいて、無線環境を解析するために使用される既知系列を生成する。具体的には、既知系列生成部１０７は、基準系列に含まれるシンボルを繰り返すことで、既知系列を生成する。既知系列生成部１０７は、生成した既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列を多重化部１０８に出力する。

図２は、図１に示す多重化部１０８が生成する送信シンボル系列の構成を示す図である。多重化部１０８には、マッピング部１０４が出力するデータシンボル系列１と、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５に記憶された伝送路推定用既知パイロット系列２と、既知系列生成部１０７が出力する電波環境解析用既知パイロット系列３とが入力される。多重化部１０８は、制御部１１０の指示に従って多重化処理を行うことで、データシンボル系列１の間に周期的に伝送路推定用既知パイロット系列２および電波環境解析用既知パイロット系列３のそれぞれを挿入する。

多重化部１０８は、生成した送信シンボル系列を含む送信信号を送信アンテナ部１２０から送信する送信部である。すなわち、多重化部１０８は、基準系列を含む信号を送信する送信部である。

続いて、基準系列取得部１０６が取得する基準系列について説明する。単純にＣＡＺＡＣ系列を変調されたデータシンボル系列の間に挿入すると、データと既知系列との境界が不連続となり、スペクトル特性が劣化し、ＰＡＰＲが劣化するという問題が生じる。このため、基準系列取得部１０６は、変調部１００が使用する変調方式に対応する規則に則ったＣＡＺＡＣ系列である基準系列を取得する。

具体的には、基準系列取得部１０６は、データ伝送に用いる変調方式の変調次数２^M以下のシンボル系列長である系列長Ｎを有し、以下の数式（１）を満たす基準系列を取得する。なお、シンボル系列長は、系列のデータ長をシンボル単位で表したデータ長である。数式（１）は、ＣＡＺＡＣ系列の一般式である。基準系列取得部１０６は、データ伝送に用いる変調方式の送信候補点２^M個の内、一部または全てを選出して得られた候補点を用いて、ＣＡＺＡＣ系列である基準系列を生成する。

一例として、基準系列取得部１０６は、変調次数２^Mとの間に以下の数式（２）を満たす系列長Ｎの基準系列を取得することができる。

数式（２）を満たすことは、ＣＡＺＡＣ系列における最小位相回転量が、使用する位相変調の最小位相単位と同一であることを示す。基準系列を、数式（２）を満たすＣＡＺＡＣ系列とすることで、基準系列は、Ｎポイントの離散フーリエ変換で周波数変換すると、使用帯域にわたったフラットなスペクトルを得ることができる。この場合、伝搬路の周波数応答を確認することができる。

また、基準系列取得部１０６は、変調次数２^Mとの間に以下の数式（３）を満たす系列長Ｎの基準系列を取得することができる。言い換えると、基準系列取得部１０６は、基準系列の系列長Ｎの整数ａ倍が、変調次数２^Mまたは変調次数２^Mを２で除算した値と等しくなるように、基準系列の系列長Ｎを決定する。

数式（３）において、ａは任意の整数である。基準系列を、数式（３）を満たす系列長ＮのＣＡＺＡＣ系列とすることで、基準系列は、位相変調の次数分ポイント数の整数倍で離散フーリエ変換することで、フラットなスペクトルに加えて、周波数領域においてヌル領域を形成することが可能になる。したがって、ヌル領域を用いて、干渉検出を含む電波環境の解析を行うことが可能になる。

ここで、一例として、変調部１００が使用する変調方式をＭ＝４の１６ＰＳＫ（Phase Shift Keying）とし、ａ＝１の場合について説明する。上記の数式（２）を用いて、Ｎ＝８が求められるため、基準系列の系列長は８シンボル周期となる。図３は、図１に示す基準系列取得部１０６が取得する基準系列について説明するための図である。例えば、ｕ＝１の場合、基準系列は、図３に示すように、０，１５，１２，７，０，７，１２，１５の８シンボル１周期の軌跡を描くことになる。

ここで、１６ＰＳＫの次数１６に対して２倍の３２ポイントの離散フーリエ変換を行うと、時間領域におけるＣＡＺＡＣ系列は、８シンボル１周期であるため、高速フーリエ変換の区間では、４回系列が繰り返される。図４は、図１に示す基準系列取得部１０６が取得する基準系列の周波数領域におけるスペクトルを示す図である。図４に示される通り、周波数領域において、基準系列は、８個の定振幅ピークを有し、このピークを除く周波数成分はヌルとなる。

図５は、図１に示す既知系列生成部１０７の生成する既知系列の一例を示す図である。既知系列生成部１０７は、基準系列取得部１０６が取得する基準系列３０を含む既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列３を生成する。例えば、既知系列生成部１０７は、基準系列３０を整数ｂ回繰返したシンボル系列に、マルチパス遅延および同期誤差を低減するためのシンボルであって、基準系列の先頭からｃ個のシンボル系列３１を付加して、ｂＮ＋ｃ個のシンボルの既知系列を生成する。図５では、変調方式が１６ＰＳＫであり、ｂ＝３，ｃ＝４である場合の一例が示されている。図５に示す既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列３は、基準系列３０を３回繰返し、マルチパスの影響を低減するためのシンボル系列３１が付加されている。既知系列の系列長を上記のようにすることで、ｃ個のシンボルのＣＡＺＡＣ系列で離散フーリエ変換することにより、周波数応答の解析はｃ個シンボル遅延の遅延プロファイルまで対応可能となる。また、上記のような既知系列を用いることで、周波数応答を推定しつつ、周波数領域でヌル領域が設けられるため、干渉検出を同時に行うことが可能になる。なお、系列長Ｎが奇数の時でも、使用する変調方式の候補点数がＸとなる場合、上記変調方式の最小位相単位が系列長ＮとなるＣＡＺＡＣ系列の最小位相単位の整数倍の関係であれば適用可能である。すなわち、Ｘ＝ａＮの関係であれば適用可能である。

図６は、図１に示す送信装置１０が送信した信号を受信する受信装置２０の構成を示す図である。受信装置２０は、受信アンテナ部２０１と、時間周波数タイミング検出部２０２と、同期検波部２０３と、ＬＬＲ(Log Likelihood Ratio)計算部２０４と、デインタリーバ２０５と、誤り訂正復号部２０６と、伝送路推定部２０７と、情報抽出部２０８と、無線環境解析部２０９とを有する。

受信アンテナ部２０１は、送信装置１０が送信した信号を受信すると、受信信号を時間周波数タイミング検出部２０２に出力する。時間周波数タイミング検出部２０２は、受信信号を用いた相関処理を行うことで、時間同期および周波数同期をとる。時間周波数タイミング検出部２０２は、受信信号を同期検波部２０３と、伝送路推定部２０７と、情報抽出部２０８とに出力する。

伝送路推定部２０７は、受信信号に含まれる伝送路推定用既知パイロット系列２を用いて伝送路推定を行う。伝送路推定部２０７は、得られた伝送路推定値を同期検波部２０３および無線環境解析部２０９に出力する。

同期検波部２０３は、伝送路推定部２０７が出力する伝送路推定値を用いて、受信信号に含まれるデータシンボル系列１に対して、同期検波処理を行う。同期検波部２０３は、同期検波処理後の受信信号をＬＬＲ計算部２０４に出力する。

ＬＬＲ計算部２０４は、同期検波部２０３が出力する受信信号に基づいて、ＬＬＲ計算処理を行う。ＬＬＲ計算部２０４は、計算されたＬＬＲ系列をデインタリーバ２０５に出力する。

デインタリーバ２０５は、送信装置１０のインタリーバ１０３において順番が入れ替えられた符号化系列の順番を元に戻すデインタリーブ処理を行う。デインタリーバ２０５は、処理後の符号化系列を誤り訂正復号部２０６に出力する。

誤り訂正復号部２０６は、デインタリーバ２０５が出力する符号化系列の復号処理を行い、情報ビット系列を得る。誤り訂正復号部２０６は、得られた情報ビット系列を出力する。

情報抽出部２０８は、受信信号に含まれる既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列３を用いて、後段の無線環境解析部２０９が使用する希望波の無線環境情報を抽出する。情報抽出部２０８は、まず予め定められたタイミングで離散フーリエ変換を行う。受信信号に含まれる既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列３では、自信号スペクトルおよびヌル領域を含むため、情報抽出部２０８は、受信信号から自信号スペクトルに該当する周波数成分を抽出し、希望波が伝搬した伝搬路の周波数応答を推定する。さらに、情報抽出部２０８は、受信信号からヌル領域に該当する周波数成分を抽出し、ヌル領域における受信電力を算出することで、干渉電力および干渉帯域幅を推定する。情報抽出部２０８は、希望波の伝搬路の周波数応答、希望波の受信電力、干渉電力、干渉帯域幅などを含む無線環境情報を、無線環境解析部２０９に出力する。なお、情報抽出部２０８が出力する無線環境情報は、希望波の受信電力と干渉電力とを合わせた信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）を含んでもよい。

無線環境解析部２０９は、伝送路推定部２０７が出力する伝送路推定値と、情報抽出部２０８が出力する無線環境情報とに基づいて、送信装置１０と受信装置２０との間の無線環境解析処理を行う。無線環境解析部２０９は、例えば、干渉波の発生傾向、干渉波の到来方向、干渉波の帯域、干渉波の変調方式、自システムの周辺建造物、災害に起因する電波環境の変化など、無線通信システムの電波環境を解析することができる。本実施の形態では、変調方式を変更することなくＣＡＺＡＣ系列を送信することが可能であるため、情報抽出部２０８は、高精度に無線環境情報を抽出することができる。このため、無線環境解析部２０９は、より詳細に電波環境を把握することが可能になる。なお、ここでは無線環境解析部２０９は、受信装置２０に備わることとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。無線環境解析部２０９は、受信装置２０と異なるサーバなどに備えられてもよい。例えば、送信装置１０と受信装置２０との間の通信を監視するサーバが複数の受信装置２０からの無線環境情報を収集してもよい。

なお、電波環境解析用既知パイロット系列３は、伝送路推定用既知パイロット系列２と同一であってもよい。電波環境解析用既知パイロット系列３を伝送路推定用既知パイロット系列２と同一とすることで、周波数応答の推定が可能であるため、周波数領域での等化を実現することができるという利点を有する。また、伝送路推定用既知パイロット系列２を対象として、数式（２）または数式（３）を満たす系列を使用することもでき、この場合、高精度な周波数応答を推定できるため、推定した周波数応答で等化処理を実施すれば、通信の性能向上が得られる効果がある。また、電波環境解析用既知パイロット系列３を用いて等化処理を行うこともできる。

図７は、実施の形態１の変形例にかかる送信装置１０Ａの構成を示す図である。送信装置１０Ａは、変調部１００Ａと、制御部１１０Ａとを有する。変調部１００Ａは、ビット系列生成部１０１と、誤り訂正符号化部１０２と、インタリーバ１０３と、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５と、基準系列取得部１０６Ａと、既知系列生成部１０７Ａと、第１多重部１１３と、マッピング部１１４と、第２多重部１１５とを有する。

図１の送信装置１０と同様の構成要素については、図１と同一の符号を付することで、詳細な説明を省略し、以下、図１と異なる部分について主に説明する。送信装置１０では、多重化部１０８において、データシンボル系列１と、伝送路推定用既知パイロット系列２と、電波環境解析用既知パイロット系列３とを多重して送信シンボル系列が生成されたが、本実施の形態では、マッピング前のビット系列で、データビット系列とビット系列である既知系列とが時間多重される。

インタリーバ１０３が出力するデータビット系列は、第１多重部１１３に出力される。基準系列取得部１０６が取得する基準系列がシンボル系列であったのに対して、基準系列取得部１０６Ａが取得する基準系列は、ビット系列である。基準系列取得部１０６Ａは、パラメータ変換部１１１と、基準系列記憶部１１２とを有する。パラメータ変換部１１１は、変調次数、電波環境解析用ビット系列の系列長、離散フーリエ変換区間に対するヌル領域の比率（ｂ−１）／ｂ、使用ビット系列のインデックスｕ、対応マルチパスディレイ量ｃといったパラメータを制御部１１０Ａから受け付ける。パラメータ変換部１１１は、制御部１１０Ａから受け付けたパラメータから、使用するマッピングに基づいて、指示された系列のインデックスｕで（ｂＮ＋ｃ）Ｍビット分の基準系列を出力するように、基準系列記憶部１１２に指示する。

基準系列記憶部１１２は、例えば使用する変調方式が１６ＰＳＫである場合、パラメータ変換部１１１からの指示に応じて、１６ＰＳＫのコンステレーションが、０，１５，１２，７，０，７，１２，１５の順番となるビット系列を基準系列とし、（ｂＮ＋ｃ）Ｍビット分を既知系列生成部１０７Ａに出力する。既知系列生成部１０７Ａは、基準系列記憶部１１２が出力する（ｂＮ＋ｃ）Ｍビット分のビット系列を、既知系列として第１多重部１１３に出力する。

第１多重部１１３は、インタリーバ１０３から出力されるデータビット系列と、既知系列生成部１０７Ａから出力されるビット系列の基準系列とを時間多重する。

なお、基準系列記憶部１１２は、ＣＡＺＡＣ系列の系列長Ｎに対応するＮＭ個のビット系列を基準系列として記憶し、（ｂ−１）およびｃのパラメータに基づいて、基準系列が繰り返し読み出されて、（ｂＮ＋ｃ）Ｍビットの既知系列が生成される。

また、基準系列取得部１０６Ａは、基準系列記憶部１１２を有することとしたが、図１に示す基準系列取得部１０６と同様に、基準系列を直接計算してもよい。

第１多重部１１３は、時間多重後のビット系列をマッピング部１１４に出力する。マッピング部１１４は、第１多重部１１３が出力する符号化系列をマッピングして１次変調シンボルであるシンボル系列を生成する。マッピング部１１４は、生成したシンボル系列を第２多重部１１５に出力する。第２多重部１１５は、マッピング部１１４が出力するシンボル系列と、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５に記憶された伝送路推定用既知パイロット系列２とを多重して送信アンテナ部１２０を介して送信する送信部である。すなわち、第２多重部１１５は、基準系列を含む信号を送信する送信部である。

上記の実施の形態では、一例として、送信装置１０，１０Ａが使用する変調方式は、１６ＰＳＫであることとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。送信装置１０，１０Ａが使用する変調方式は、２^M値ＰＳＫであってもよいし、ＡＰＳＫ（Amplitude Phase Shift Keying）であってもよい。ＡＰＳＫの場合、複数の円環が存在するため、どちらかの円環において上記の数式（２）または（３）を満たすＣＡＺＡＣ系列を生成すればよい。送信装置１０，１０Ａが使用する変調方式が２^M値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）である場合、予め定められたコンステレーションを用いればよい。図８は、変調方式として２^M値ＱＡＭを用いる場合の基準系列のコンステレーションを説明するための図である。例えば、１６ＱＡＭの場合において図８に示される４点のコンステレーションの組合せ２セットを使用して基準系列を生成することができ、それぞれのコンステレーションをＱＰＳＫ相当として使用することができる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２にかかる送信装置１０Ｂの構成を示す図である。送信装置１０Ｂが使用する変調方式は、π／４シフトＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）である。送信装置１０Ｂは、π／４シフトＤＱＰＳＫを使用するため、基本的には伝送路推定用既知パイロット系列２を使用しない。したがって、送信装置１０Ｂは、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５を有していない。

送信装置１０Ｂは、変調部１００Ｂと、制御部１１０と、送信アンテナ部１２０とを有する。変調部１００Ｂは、ビット系列生成部１０１と、誤り訂正符号化部１０２と、インタリーバ１０３と、マッピング部１０４と、基準系列取得部１０６と、既知系列生成部１０７と、多重化部１０８Ｂとを有する。以下、図１に示す送信装置１０と異なる部分について主に説明する。

上記の通り、送信装置１０Ｂは、伝送路推定用既知シンボル系列記憶部１０５を有していない。このため、多重化部１０８Ｂは、マッピング部１０４が出力するデータシンボル系列１と、既知系列生成部１０７が生成する既知系列である電波環境解析用既知パイロット系列３とを多重して送信アンテナ部１２０を介して送信する送信部である。すなわち、多重化部１０８Ｂは、基準系列を含む信号を送信する送信部である。

図１０は、実施の形態２にかかる受信装置２０Ｂの構成を示す図である。受信装置２０Ｂは、受信アンテナ部２０１と、時間周波数タイミング検出部２０２と、ＬＬＲ計算部２０４と、デインタリーバ２０５と、誤り訂正復号部２０６と、情報抽出部２０８Ｂと、無線環境解析部２０９Ｂと、遅延検波部２１０とを有する。

以下、図１に示す受信装置２０と異なる部分について主に説明する。受信装置２０Ｂは、受信装置２０の同期検波部２０３の代わりに遅延検波部２１０を有し、伝送路推定部２０７を有さない。このため、時間周波数タイミング検出部２０２は、受信信号を遅延検波部２１０および情報抽出部２０８Ｂのそれぞれに出力する。受信装置２０Ｂは、π／４シフトＤＱＰＳＫを使用しているため、一般的には伝送路推定部２０７を必要としない。しかしながら、本実施の形態では、電波環境を解析するために、情報抽出部２０８Ｂが、電波環境解析用既知パイロット系列３を用いて、伝搬路の周波数応答を推定する。無線環境解析部２０９は、情報抽出部２０８Ｂが出力する無線環境情報に基づいて、無線環境を解析する。

ここで、π／４シフトＤＱＰＳＫにおけるＣＡＺＡＣ系列のシンボル系列生成方法について説明する。π／４シフトＤＱＰＳＫでは、偶数シンボルと奇数シンボルとで４値のコンステレーションの位置が異なるという特徴があり、時系列でシンボル系列を見ると、交互にコンステレーションが切り替わることになる。そこで、本実施の形態では、交互にコンステレーションが切り替わる変調方式が用いられる場合、偶数シンボル、奇数シンボルの取り得る全てのコンステレーションを考慮することで、ＣＡＺＡＣ系列を生成する。

図１１は、図９に示す送信装置１０Ｂの基準系列取得部１０６が取得する基準系列について説明するための図である。図１１に示される通り、π／４シフトＤＱＰＳＫにおいては、取り得るコンステレーションは、Ｍ＝３である８ＰＳＫに相当する。この場合、０，７，４，７の４シンボル１周期のコンステレーションをとることで、ＣＡＺＡＣ系列を実現することができる。

図１２は、図９に示す基準系列取得部１０６が取得する基準系列のコンステレーションを示す図である。上記を踏まえて、π／４シフトＤＱＰＳＫに適用すると、図１２に示されるように、基準系列の第ｘシンボル目は、ＱＰＳＫのコンステレーションで、８ＰＳＫの第０番に相当するコンステレーションを取る。また、基準系列の第（ｘ＋１）シンボル目は、π／４シフトＱＰＳＫであり、８ＰＳＫの第７番に相当するコンステレーションを取る。以降のシンボルでは、８ＰＳＫの第４番、第７番とすることで、送信装置１０Ｂが使用する変調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫであっても、ＣＡＺＡＣ系列の基準系列を生成することができる。

図１３は、図９に示す既知系列生成部１０７が生成する既知系列を周波数に変換した場合のスペクトルを示す図である。既知系列生成部１０７は、４シンボル１周期のＣＡＺＡＣ系列である基準系列をｂ＝８回繰り返した既知系列を生成する。図１３は、既知系列生成部１０７が生成した既知系列に対して、３２ポイントの離散フーリエ変換を実行したものである。図１３から、４つの周波数でＣＡＺＡＣ系列のスペクトルが定電力で観測され、上記４つの周波数を除く周波数でヌルが形成されており、適切にＣＡＺＡＣ系列が生成されていることが分かる。

なお、データシンボル系列に対しても、ＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用することも可能である。図１１に示した例では、基準系列の開始点を０番目の点からとしていたが、開始点の位置により初期位相を変えることで初期位相に情報を付与することができる。データシンボル系列でＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用する際、例えば、開始点を０，２，４，６番目の点とすると、基準系列の位相回転量を維持しつつ、初期位相を変えることになる。この場合、４種類の系列パターン（０→７→４→７、２→１→６→１、４→３→０→３、６→５→２→５）による２ビット伝送が可能になる。すなわち、第１シンボルから第４シンボルまでの４シンボルで１周期とするＣＡＺＡＣ系列を１つ使用し、第１シンボル目の位相である初期位相に情報を付与することで、２ビット伝送が可能になる。これにより、データシンボル系列において、波形特性を維持し平坦なスペクトル形成が可能となる。その結果、データシンボル系列においても伝搬路の周波数応答を電力レベルで解析することができる。また、同一データを４回送信することにより受信性能の改善効果も得られる。

図１４は、データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用する場合の本実施の形態の送信装置の構成を示す図である。図１４に示した送信装置１０Ｃでは、インタリーバ１０３から出力される情報系列であるビット系列が基準系列取得部１１６に入力される。基準系列取得部１１６は、入力されたビット系列を用いて２ビット単位で、ＣＡＺＡＣ系列の基準系列を取得するデータ用基準系列取得部である。例えば、基準系列取得部１１６は、ビット系列が００すなわち第１ビットおよび第２ビットがいずれも０であるときは系列パターン０→７→４→７とし、ビット系列が０１のときは系列パターン２→１→６→１とし、ビット系列が１１のときは系列パターン４→３→０→３とし、ビット系列が１０のときは系列パターン６→５→２→５として、基準系列であるデータ基準系列を生成して、後段のマッピング部１０４へ出力する。マッピング部１０４は、入力されたデータ基準系列に基づいてマッピングして１次変調シンボルを生成する。以上述べた以外の送信装置１０Ｃの構成および動作は送信装置１０Ｂと同様である。したがって、図１４に示した例では、多重化部１０８Ｂは、基準系列の初期位相に情報を持たせたデータ用基準系列と基準系列を含む既知系列とを含む信号を送信する。なお、基準系列取得部１１６は、生成した基準系列に基づいて一次変調シンボルを生成してもよい。この場合、マッピング部１０４を省略することができる。このように、基準系列取得部１１６は、送信する情報系列に応じた位相回転を、データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有する基準系列に与えたデータ用基準系列を取得する。なお、基準系列取得部１１６と基準系列取得部１０６とを一体化し、１つの基準系列取得部としてもよい。この場合、基準系列取得部は、既知系列用の基準系列と、データシンボル系列用のデータ基準系列との両方を生成する。また、図１に示した送信装置１０、図７に示した送信装置１０Ａにおいて同様に、データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用してもよい。

図１５は、データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列の基準系列を適用する場合の受信装置の構成を示す図である。図１５に示した受信装置２０Ｃでは、ＬＬＲ計算部２０４への入力のため、位相補正および合成部２１１が、受信信号に対して基準系列に基づいた位相補正と合成処理を行う。上述した２ビット伝送の場合、位相補正および合成部２１１は、基準系列ごとにすなわち上記の４種類の系列パターンごとにＣＡＺＡＣ系列の位相回転量の逆回転量を乗算し、４シンボル分を合成する。この例では、上述したように送信時に４シンボルを１周期として４シンボルは同じ位相回転が与えられているため、合成処理では、例えば、この４シンボルの平均を求める。このように、４シンボルを平均する処理を行うことで、雑音を抑制し信号電力対雑音電力比を改善することができる。位相補正と合成処理の結果、初期位相に対応する開始点の候補として０，２，４，６のいずれかの候補信号点が得られるため、位相補正および合成部２１１は、候補信号点をＬＬＲ計算部２０４に入力する。このように、位相補正および合成部２１１は、受信信号に、送信されるデータ基準系列の候補ごとに送信装置において与えられた位相回転と逆の位相回転を与え、位相回転後の前記受信信号を前記データ基準系列分合成する処理部である。なお、ＬＬＲ計算部２０４の前処理としては上記処理で限定されず、遅延検波後、基準系列ごとにＣＡＺＡＣ系列の位相回転量の逆回転量を乗算して合成処理を行ってもよい。上記の例は、ＣＡＺＡＣ系列の基準系列を１パターン、初期位相を４パターンとした２ビット伝送を行う例を示したが、ＣＡＺＡＣ系列の基準系列および初期位相のパターンは上記に限らない。パターンの使用指示、すなわち、ビット系列のどの値をどのパターンに対応させるかの指示を、制御部１１０が行うようにしてもよい。

図１４では、既知系列とデータシンボル系列との両方にＣＡＺＡＣ系列を適用する例を示しているが、データシンボル系列にＣＡＺＡＣ系列を適用し、既知系列にはＣＡＺＡＣ系列を適用しなくてもよい。

以上のように、初期位相に情報を持たせて既知系列にＣＡＺＡＣ系列を適用する場合と同様に、基準系列を生成することで、変調方式を変更することなく、情報系列においてもＣＡＺＡＣ系列を適用して波形のＰＡＰＲの劣化を抑制することができる。

続いて、実施の形態１，２にかかる送信装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび受信装置２０，２０Ｂ，２０Ｃのハードウェア構成について説明する。送信装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび受信装置２０，２０Ｂ，２０Ｃの各部は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いた制御回路であってもよい。

上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図１６に示す処理回路９０により実現される。図１６は、実施の形態１，２にかかる送信装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび受信装置２０，２０Ｂ，２０Ｃの機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路９０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１７に示す構成の制御回路９１である。図１７は、実施の形態１，２にかかる送信装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび受信装置２０，２０Ｂ，２０Ｃの機能を実現するための制御回路９１の構成を示す図である。図１７に示すように、制御回路９１は、プロセッサ９２と、メモリ９３とを備える。プロセッサ９２は、ＣＰＵであり、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。メモリ９３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。

上記の処理回路が制御回路９１により実現される場合、プロセッサ９２がメモリ９３に記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ９３は、プロセッサ９２が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。なお、プロセッサ９２が実行するプログラムは、通信路を介して提供されてもよいし、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１データシンボル系列、２伝送路推定用既知パイロット系列、３電波環境解析用既知パイロット系列、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ送信装置、２０，２０Ｂ，２０Ｃ受信装置、３０基準系列、３１シンボル系列、９０処理回路、９１制御回路、９２プロセッサ、９３メモリ、１００，１００Ａ，１００Ｂ変調部、１０１ビット系列生成部、１０２誤り訂正符号化部、１０３インタリーバ、１０４，１１４マッピング部、１０５伝送路推定用既知シンボル系列記憶部、１０６，１０６Ａ，１１６基準系列取得部、１０７，１０７Ａ既知系列生成部、１０８，１０８Ｂ多重化部、１１０，１１０Ａ制御部、１１１パラメータ変換部、１１２基準系列記憶部、１１３第１多重部、１１５第２多重部、１２０送信アンテナ部、２０１受信アンテナ部、２０２時間周波数タイミング検出部、２０３同期検波部、２０４ＬＬＲ計算部、２０５デインタリーバ、２０６誤り訂正復号部、２０７伝送路推定部、２０８，２０８Ｂ情報抽出部、２０９，２０９Ｂ無線環境解析部、２１０遅延検波部、２１１位相補正および合成部。

Claims

データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有し、時間領域および周波数領域において一定振幅である基準系列を取得する基準系列取得部と、
前記基準系列を含む既知系列を生成する既知系列生成部と、
前記既知系列を含む信号を送信する送信部と、
を備え、
前記基準系列取得部は、前記基準系列の系列長の整数倍が、前記変調次数または前記変調次数を２で除算した値と等しくなるように前記基準系列の系列長を決定し、
前記変調方式のコンステレーションから決められる次数に基づいて、前記変調方式で取り得るコンステレーションでConstant Amplitude Zero Auto-Correlation系列を生成し、前記変調方式のパラメータに基づいて、前記Constant Amplitude Zero Auto-Correlation系列のパラメータが決定される、
ことを特徴とする送信装置。
前記基準系列取得部は、π／４シフトDifferential Quadrature Phase Shift Keyingを８Phase Shift Keyingのコンステレーションの集合とみなし、前記Constant Amplitude Zero Auto-Correlation系列を時間的に偶数シンボルおよび奇数シンボルに対応するπ／４シフトQuadrature Phase Shift Keyingで取り得るコンステレーションで生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記基準系列取得部は、ビット系列である前記基準系列を取得し、
前記既知系列生成部は、前記基準系列を含むビット系列である前記既知系列を生成し、
前記送信部は、データシンボル系列と、前記既知系列とをビットレベルで多重し、前記データシンボル系列と前記変調方式に対応する規則に則った前記Constant Amplitude Zero Auto-Correlation系列とを含む送信系列を生成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
送信する情報系列に応じた位相回転を、データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有する基準系列に与えたデータ用基準系列を生成するデータ用基準系列取得部、
をさらに備え、
前記信号は、前記データ用基準系列を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送信装置。
データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有し、時間領域および周波数領域において一定振幅である基準系列を取得する基準系列取得部と、
前記基準系列を含む信号を送信する送信部と、
を備え、
前記基準系列取得部は、送信する情報系列に応じた位相回転を、データ伝送に用いる変調方式の変調次数以下のシンボル系列長を有する前記基準系列に与えたデータ用基準系列を生成し、
前記信号は、前記データ用基準系列を含むことを特徴とする送信装置。
請求項４または５に記載の送信装置が送信する信号を受信する受信装置において、
受信信号に基づいて、希望波の無線環境情報を抽出する情報抽出部、
を備え、
請求項４または５に記載の送信装置が送信する信号を受信し、
前記受信信号に、送信されるデータ基準系列の候補ごとに前記送信装置において与えられた位相回転と逆の位相回転を与え、位相回転後の前記受信信号の前記データ基準系列分のシンボルを合成する処理部、
を備えることを特徴とする受信装置。