JP6971569B2

JP6971569B2 - 送信装置、および送信方法

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Publication number: JP6971569B2
Application number: JP2016249604A
Authority: JP
Inventors: 逸平清水; 誠棚橋; 昇多賀; 秀樹大野; 賢一松下
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018107516A; US20180183648A1; JP7250062B2; JP2021106435A; US10587448B2

Description

本発明の実施形態は、送信装置、および送信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式は、送信信号のＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）が非常に高いことが知られている。ＰＡＰＲが高い送信信号は、電力増幅器による歪みの原因となるため、ＰＡＰＲの低減は重要な研究テーマであり、数々のＰＡＰＲの低減方法が考案されている。その中で、ＰＴＳ（Partial Transmit Sequence）は、送信信号に歪みを付与しない特長を有するため、好適なＰＡＰＲの低減方法とされている。ここで、ＰＴＳは、ＯＦＤＭのサブキャリアを複数のブロックに分割し、当該各ブロックに対応する送信信号に対して、ＰＡＰＲを低減する位相回転を行う方法である。

特開２０１６−８２２８３号公報

ところで、ＰＴＳを行った送信信号を送信する送信装置は、送信信号に対して行った位相回転の量である位相回転量を、当該送信信号を受信する受信装置に対して通知する必要がある。しかしながら、送信装置と受信装置との間で送信信号を伝送する伝送路の環境が劣悪であると、送信装置は、受信装置に対して、位相回転量を通知できない場合がある。この場合、受信装置は、受信した送信信号を復調することが難しくなる。

実施形態の送信装置は、挿入部と、配置部と、分割部と、ＩＦＦＴ部と、位相回転部と、送信部と、を備える。挿入部は、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域に、予め設定された間隔でパイロットシンボルを挿入する。配置部は、サブキャリアの周波数帯域内に、当該周波数帯域の一部であり、予め設定された外部装置へ送信する送信信号に従って変調されかつ一方の端にパイロットシンボルを有する所定帯域を配置する。分割部は、サブキャリアの周波数帯域を複数のブロックに分割する。ＩＦＦＴ部は、ブロックに対して逆高速フーリエ変換を行う。位相回転部は、逆高速フーリエ変換を行ったブロック毎に、ＰＡＰＲ特性を低減する位相回転を行う。送信部は、位相回転部によって位相回転を行った送信信号を合成して外部装置に送信する。また、分割部は、所定帯域と、当該所定帯域において一方の端とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つのパイロットシンボルとを、１つのブロックに含める。また、位相回転部は、ブロックのうち所定帯域を含む第１ブロックに対して行う位相回転の量の候補を、ブロックのうち所定帯域を含まない第２ブロックに対して行う位相回転の量の候補より多くする。

図１は、本実施形態にかかる送信装置の構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態にかかる送信装置による送信信号の送信に用いる周波数帯域の配置処理の一例を示す図である。図３は、本実施形態にかかる送信装置によるサブキャリアの周波数のＰＴＳブロックへの分割例を示す図である。図４は、本実施形態にかかる送信装置による位相回転量の候補の生成例を示す図である。図５は、本実施形態にかかる送信装置において逆高速フーリエ変換を行った各ＰＴＳブロックの送信信号の信号強度の一例を示す図である。図６は、本実施形態にかかる送信装置において位相回転を行った各ＰＴＳブロックの送信信号の信号強度の一例を示す図である。図７は、本実施形態にかかる受信装置の構成の一例を示す図である。図８は、本実施形態にかかる受信装置によって受信する送信信号の帯域の一例を示す図である。図９は、本実施形態にかかる送信装置において移動体受信向け帯域の低画質放送データをブーストする例を説明するための図である。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる送信装置、および送信方法について説明する。

図１は、本実施形態にかかる送信装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる送信装置１は、誤り訂正符号化部１０１、コンスタレーションマッパー１０２、周波数配置部１０３、パイロット挿入部１０４、セグメント分割部１０５、部分波形生成部１０６、加算部１０７、ＰＡＰＲ評価部１０８、ＧＩ挿入部１０９、および位相回転パターン生成部１１０を有する。

誤り訂正符号化部１０１は、外部装置に送信する送信信号に対して、誤りが発生した場合にそれを検出し、当該検出した誤りを訂正する誤り検出訂正処理を実行する。本実施形態では、誤り訂正符号化部１０１には、外部装置に送信する送信信号として、低画質放送データおよび高画質放送データが入力され、それぞれのデータに対して誤り検出訂正処理を実行する。ここで、低画質放送データは、送信装置１がデータを送信する外部装置のうち、移動体（予め設定された外部装置の一例。本実施形態では、後述する受信装置２）に送信する移動体受信向けのデータである。高画質放送データは、送信装置１がデータを送信する外部装置のうち、固定された装置に送信する固定受信向けのデータである。

コンスタレーションマッパー１０２は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のサブキャリアの周波数帯域において、予め設定された周期で配置するパイロットシンボル（例えば、スキャッタードパイロットＳＰ）のコンスタレーションを決定する。

周波数配置部１０３は、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域において、送信信号の送信に用いる周波数帯域を決定する。図２は、本実施形態にかかる送信装置による送信信号の送信に用いる周波数帯域の配置処理の一例を示す図である。図２に示すように、周波数配置部１０３は、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域に、当該周波数帯域の一部であり、低画質放送データに従って変調され、かつ一方の端に、後述するパイロット挿入部１０４により挿入されるスキャッタードパイロットＳＰを有する移動体受信向け帯域（所定帯域の一例）を配置する。また、図２に示すように、周波数配置部１０３は、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域において、高画質放送データに従って変調されかつ移動体受信向け帯域以外の帯域を固定受信向け帯域とする。

パイロット挿入部１０４は、図２に示すように、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域に対して、予め設定された間隔で、スキャッタードパイロットＳＰ（パイロットシンボルの一例）を挿入する。セグメント分割部１０５は、サブキャリアの周波数帯域を複数のブロック（以下、ＰＴＳブロックと言う）に分割する。ここで、ＰＴＳブロックは、サブキャリアの周波数帯域のうち、後述する部分波形生成部１０６によって同一の位相回転が行われるブロックである。

図３は、本実施形態にかかる送信装置によるサブキャリアの周波数のＰＴＳブロックへの分割例を示す図である。本実施形態では、セグメント分割部１０５は、図３に示すように、サブキャリアの周波数帯域を、位相回転量θ１で位相回転が施されるＰＴＳブロック、位相回転量θ２で位相回転が施されるＰＴＳブロック、および位相回転量θ３で位相回転が施されるＰＴＳブロックを含む複数のＰＴＳブロックに分割する。その際、セグメント分割部１０５は、図２および図３に示すように、移動体受信向け帯域と、当該移動体受信向け帯域において一方の端（すなわち、スキャッタードパイロットＳＰが挿入された端）とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つのスキャッタードパイロットＳＰとを、１つのＰＴＳブロックに含めるものとする。

部分波形生成部１０６は、ＩＦＦＴ部１０６ａと、位相回転部１０６ｂと、を有する。ＩＦＦＴ部１０６ａは、各ＰＴＳブロックに対して逆高速フーリエ変換を行う。位相回転部１０６ｂは、逆高速フーリエ変換を行ったＰＴＳブロックに対して、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）を低減する位相回転（ＰＴＳ：Partial Transmit Sequence）を行う。本実施形態では、位相回転部１０６ｂは、逆高速フーリエ変換を行ったＰＴＳブロック毎に、ＰＡＰＲが最小となる位相回転を行うものとする。

位相回転パターン生成部１１０は、部分波形生成部１０６それぞれが備える位相回転部１０６ｂによる位相回転の位相回転量の候補を生成する。図４は、本実施形態にかかる送信装置による位相回転量の候補の生成例を示す図である。位相回転パターン生成部１１０は、図４に示すように、移動体受信向け帯域を含むＰＴＳブロックに対して行う位相回転の位相回転量の候補θ２を、移動受信向け帯域を含まないＰＴＳブロックに対して行う位相回転の位相回転量の候補θ１，θ３よりも多くする。

加算部１０７（送信部の一例）は、各位相回転部１０６ｂにより位相回転が行われた送信信号を合成して、外部装置に送信する。ＰＡＰＲ評価部１０８は、加算部１０７により合成された送信信号のＰＡＰＲを求める。ＧＩ挿入部１０９は、加算部１０７により合成された送信信号に対してＧＩ（Guard Interval）を挿入する。

図５は、本実施形態にかかる送信装置において逆高速フーリエ変換を行った各ＰＴＳブロックの送信信号の信号強度の一例を示す図である。図６は、本実施形態にかかる送信装置において位相回転を行った各ＰＴＳブロックの送信信号の信号強度の一例を示す図である。図５および図６において、縦軸は、送信信号の虚数成分の信号強度を表し、横軸は、送信信号の実数成分の信号強度を表す。

ＩＦＦＴ部１０６ａから出力される３つのＰＴＳブロックの送信信号を、位相回転を行わずに合成した場合、図５に示すように、３つのＰＴＳブロックの送信信号のＰＡＰＲは、大きくなる。ＩＦＦＴ部１０６ａから出力される３つのＰＴＳブロックの送信信号に対して、それぞれ異なる位相回転（例えば、９０°、２７０°、１８０°）を行って合成した場合、図６に示すように、３つのＰＴＳブロックの送信信号のＰＡＰＲは、小さくなる。

次に、図７および図８を用いて、本実施形態にかかる受信装置２の構成の一例について説明する。図７は、本実施形態にかかる受信装置の構成の一例を示す図である。図８は、本実施形態にかかる受信装置によって受信する送信信号の帯域の一例を示す図である。

図７に示すように、本実施形態にかかる受信装置２は、ＧＩ削除部２０１、ＦＦＴ部２０２、帯域切出部２０３、伝送路推定部２０４、コンスタレーションデマッパー２０５、および誤り訂正復号化部２０６を有する。また、受信装置２は、図８に示すように、図示しないチューナ（受信部の一例）によって、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域のうち、移動体受信向け帯域と、当該移動体受信向け帯域において一方の端とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つのスキャッタードパイロットＳＰとを含む帯域の送信信号を受信する。

ＧＩ削除部２０１は、図示しないチューナによって受信した送信信号から、ＧＩを削除する。ＦＦＴ部２０２は、ＧＩが削除された送信信号に対して高速フーリエ変換を行う。帯域切出部２０３は、高速フーリエ変換を行った送信信号から、移動体受信向け帯域の送信信号（すなわち、低画質放送データ）を切り出す。伝送路推定部２０４（推定部の一例）は、高速フーリエ変換を行った送信信号から、スキャッタードパイロットＳＰを抽出し、当該抽出したスキャッタードパイロットＳＰに基づいて、移動体受信向け帯域の伝送路応答を推定する。

ここで、送信装置１と受信装置２間の振幅変動をａ（ｆ）とし、送信装置１と受信装置２間の位相変動をφ（ｆ）とした場合、移動体受信向け帯域の伝送路応答は、Ｈ（ｆ）＝ａ（ｆ）×ｅ＾（ｊ×φ（ｆ））と表される。そして、受信装置２は、上述したように、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域のうち、移動体受信向け帯域と、当該移動体受信向け帯域において一方の端とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つのスキャッタードパイロットＳＰとを含む帯域の送信信号を受信する。そして、移動体受信向け帯域を含むＰＴＳブロックには、送信装置１において同一の位相回転量（例えば、図３に示すθ２）の位相回転が行われている。そのため、位相回転を位相変動の一部とみなした場合、移動体受信向け帯域の伝送路応答は、Ｈ（ｆ）＝ａ（ｆ）×ｅ＾（ｊ×（φ（ｆ）＋θ２））と表すことができる。

よって、移動体受信向け帯域において、スキャッタードパイロットＳＰが配置されたサブキャリアをｆ＿ｓｐ１，ｆ＿ｓｐ２，．．．とした場合、伝送路推定部２０４は、サブキャリアの伝送路応答であるＨ（ｆ＿ｓｐ１），Ｈ（ｆ＿ｓｐ２），．．．それぞれの間を内挿することによって、移動体受信向け帯域の全体の伝送路応答Ｈ（ｆ）を推定できる。ここで、仮に、受信装置２が、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域のうち、移動体受信向け帯域の送信信号のみを受信した場合、移動体受信向け帯域の他方の端の外側のスキャッタードパイロットＳＰが得られない。そのため、伝送路推定部２０４は、移動体受信向け帯域の全体の伝送路応答Ｈを外挿によって求めなければならず、伝送路応答の推定精度が著しく低下する。

これに対して、本実施形態では、伝送路推定部２０４は、移動体受信向け帯域全体の伝送路応答を、内挿によって求めることができるので、伝送路応答の推定精度を向上させることができる。また、移動体受信向け帯域に行われた位相回転を位相変動の一部として見なして、伝送路応答を推定可能となるので、送信装置１から位相回転量を取得しなくても、移動体受信向け帯域の低画質放送データを復号できる。これにより、位相回転量が未知のままでも低画質放送データを復号できるので、送信装置１と受信装置２との間で送信信号を伝送する伝送路の環境が劣悪な場合でも、受信した送信信号を復調できる。

コンスタレーションデマッパー２０５は、帯域切出部２０３により切り出された低画質放送データを、所定の変調方式によってデマッピングして、誤り訂正復号化部２０６に出力する。誤り訂正復号化部２０６は、コンスタレーションデマッパー２０５から出力された低画質放送データに、誤り検出訂正処理を実行する。また、誤り訂正復号化部２０６（復号部の一例）は、伝送路推定部２０４により推定された伝送路応答に基づいて、低画質放送データを復号する。

上述したように、受信装置２は、送信装置１から位相回転を取得しなくても、移動体受信向け帯域の低画質放送データを復号できる。通常、送信装置１は、低画質放送データに行った位相回転を誤って通知することを防止しかつ当該位相回転の情報量を減らすため、低画質放送データに行う位相回転の位相回転量の候補を｛０，π｝等のように少なくすることが多い。しかしながら、受信装置２は、移動体受信向け帯域の低画質放送データを復号する際、位相回転を用いない。

そのため、送信装置１は、移動体受信向け帯域の低画質放送データに行う位相回転の位相回転量の候補を、移動体受信向け帯域を含まないＰＴＳブロックに対して行う位相回転の位相回転量の候補よりも多くすることができる（図４参照）。その際、送信装置１は、移動体受信向け帯域の低画質放送データに行う位相回転の位相回転量の候補を、離散量および連続量のいずれとしても良い。通常、ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域の送信信号に行う位相回転の位相回転量の候補が多くなるほど、ＰＡＰＲをより低減できる。

図９は、本実施形態にかかる送信装置において移動体受信向け帯域の低画質放送データをブーストする例を説明するための図である。図９に示すように、本実施形態では、送信装置１の加算部１０７は、移動体受信向け帯域の低画質放送データを、移動体受信向け帯域以外の帯域（固定受信向け帯域）の送信信号よりブーストする。これにより、移動体受信向け帯域を含むＰＴＳブロックは、他のＰＴＳブロックよりＰＡＰＲの寄与度を高くなる。よって、移動体受信向け帯域の低画質放送データに行う位相回転の候補を多くすることで、ＰＡＰＲの低減量を増やすことができる。

このように、本実施形態にかかる送信装置１および受信装置２によれば、位相回転量が未知のままでも低画質放送データを復号できるので、送信装置１と受信装置２との間で低画質放送データを伝送する伝送路の環境が劣悪な場合でも、受信した低画質放送データを復調できる。

なお、本実施形態の送信装置１および受信装置２で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の送信装置１および受信装置２で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の送信装置１および受信装置２で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の送信装置１および受信装置２で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の送信装置１で実行されるプログラムは、上述した各部（誤り訂正符号化部１０１、コンスタレーションマッパー１０２、周波数配置部１０３、パイロット挿入部１０４、セグメント分割部１０５、部分波形生成部１０６、加算部１０７、ＰＡＰＲ評価部１０８、ＧＩ挿入部１０９、および位相回転パターン生成部１１０）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、誤り訂正符号化部１０１、コンスタレーションマッパー１０２、周波数配置部１０３、パイロット挿入部１０４、セグメント分割部１０５、部分波形生成部１０６、加算部１０７、ＰＡＰＲ評価部１０８、ＧＩ挿入部１０９、および位相回転パターン生成部１１０が主記憶装置上に生成されるようになっている。

また、本実施形態の受信装置２で実行されるプログラムは、上述した各部（ＧＩ削除部２０１、ＦＦＴ部２０２、帯域切出部２０３、伝送路推定部２０４、コンスタレーションマッパー２０５、および誤り訂正復号化部２０６）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、ＧＩ削除部２０１、ＦＦＴ部２０２、帯域切出部２０３、伝送路推定部２０４、コンスタレーションマッパー２０５、および誤り訂正復号化部２０６が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１送信装置
２受信装置
１０１誤り訂正符号化部
１０２コンスタレーションマッパー
２０５コンスタレーションデマッパー
１０３周波数配置部
１０４パイロット挿入部
１０５セグメント分割部
１０６部分波形生成部
１０６ａＩＦＦＴ部
１０６ｂ位相回転部
１０７加算部
１０８ＰＡＰＲ評価部
１０９ＧＩ挿入部
１１０位相回転パターン生成部
２０１ＧＩ削除部
２０２ＦＦＴ部
２０３帯域切出部
２０４伝送路推定部
２０６誤り訂正復号化部

Claims

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のサブキャリアの周波数帯域に、予め設定された間隔でパイロットシンボルを挿入する挿入部と、
前記サブキャリアの周波数帯域内に、当該周波数帯域の一部であり、予め設定された外部装置へ送信する送信信号に従って変調されかつ一方の端に前記パイロットシンボルを有する所定帯域を配置する配置部と、
前記サブキャリアの周波数帯域を複数のブロックに分割する分割部と、
前記ブロックに対して逆高速フーリエ変換を行うＩＦＦＴ部と、
逆高速フーリエ変換を行った前記ブロック毎に、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）特性を低減する位相回転を行う位相回転部と、
前記位相回転部によって位相回転を行った前記送信信号を合成して前記外部装置に送信する送信部と、を備え、
前記分割部は、前記所定帯域と、当該所定帯域において前記一方の端とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つの前記パイロットシンボルとを、１つの前記ブロックに含め、
前記位相回転部は、前記ブロックのうち前記所定帯域を含む第１ブロックに対して行う位相回転の量の候補を、前記ブロックのうち前記所定帯域を含まない第２ブロックに対して行う位相回転の量の候補より多くする送信装置。
前記送信部は、前記所定帯域の前記送信信号をブーストする請求項１に記載の送信装置。
ＯＦＤＭのサブキャリアの周波数帯域に、予め設定された間隔でパイロットシンボルを挿入し、
前記サブキャリアの周波数帯域内に、当該周波数帯域の一部であり、予め設定された外部装置へ送信する送信信号に従って変調されかつ一方の端に前記パイロットシンボルを有する所定帯域を配置し、
前記サブキャリアの周波数帯域を複数のブロックに分割し、
前記ブロックに対して逆高速フーリエ変換を行い、
逆高速フーリエ変換を行った前記ブロック毎に、ＰＡＰＲ特性を低減する位相回転を行い、
位相回転を行った前記送信信号を合成して前記外部装置に送信し、
前記所定帯域と、当該所定帯域において前記一方の端とは反対側の他方の端の外側の少なくとも１つの前記パイロットシンボルとを、１つの前記ブロックに含め、
前記ブロックのうち前記所定帯域を含む第１ブロックに対して行う位相回転の量の候補を、前記ブロックのうち前記所定帯域を含まない第２ブロックに対して行う位相回転の量の候補より多くする、
ことを含む送信方法。