JP7189783B2

JP7189783B2 - シングルキャリア方式の送信装置

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Publication number: JP7189783B2
Application number: JP2019005967A
Authority: JP
Inventors: 亜紀子山里; 史弥山岸; 敬文松▲崎▼; 聡岡部
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: JP2020115600A

Description

本発明は、放送又は通信等の無線伝送システムで使用可能な送信装置及び受信装置に関し、特に、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置及び受信装置に関する。

従来、放送や通信等の固定伝送の無線伝送システムにおいて、１つの搬送波を用いるシングルキャリア方式が広く用いられている。近年、シングルキャリア方式の中でも、周波数領域でチャネル等化（伝搬路で生じた振幅・位相の変化を元に戻す処理）を行うＳＣ－ＦＤＥ（Single Carrier-Frequency Domain Equalization）方式が提案されている（例えば、特許文献１参照)。

ＳＣ－ＦＤＥ方式は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式のように、周波数領域でチャネル推定とチャネル等化をブロック単位で行うことで、移動伝送における高速なチャネル変動に追従できる。そのため、時間領域でチャネル等化を行うシングルキャリア方式よりも移動伝送に適した方式である。

より具体的に、ＳＣ－ＦＤＥ方式の送信装置は、ガードインターバル（ＧＩ）として機能するユニークワード（ＵＷ，Unique Word）を設けてブロック単位でデータ信号を送信する。これにより、ＯＦＤＭ方式と同じようにマルチパス環境におけるブロック間干渉を防ぐことができる。尚、特許文献１の技法では、当該ブロック内に、伝送制御信号（ＴＭＣＣ信号）、及びその前段にスタッフィング領域を設け、データ信号のシンボルの割り当てが最大となるよう調整可能としている。

一方、ＳＣ－ＦＤＥ方式の受信装置は、まずブロック先頭を検出するブロック同期を行って、チャネル推定用のパイロット信号としても機能するＵＷ及びデータ信号を抽出し、フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数領域の信号に変換する。

次に、ＳＣ－ＦＤＥ方式の受信装置は、周波数領域に変換されたＵＷを用いてチャネル推定を行い、得られたチャネル情報から周波数領域のデータ信号に対してＺＦ（Zero-Forcing）やＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）基準による等化を行う。最後に、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）により等化後のデータ信号を時間領域の信号に戻して、シンボル判定等の処理を行う。

ところで、シングルキャリア方式は、マルチキャリアのＯＦＤＭ方式と比較して一般的に、送信信号のピーク電力と平均電力の比であるＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）が小さい。そのため、送信装置の出力段の電力増幅器における非線形特性による歪に対して、ＯＦＤＭ方式よりも耐性が高く、送信信号の歪を抑えつつ送信電力を大きくできるため、伝送距離を伸ばすことが可能である。

更に、受信品質を向上させる方法の１つとして、ＯＦＤＭ方式ではパイロットシンボルを含めた全キャリアの平均電力一定の条件で、パイロット信号とデータ信号の電力配分を調整する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

また、この方法を用いた結果のパイロット信号振幅レベルが、ＯＦＤＭ方式を用いた無線通信システムのＡＲＩＢ規格で規定されている（例えば、非特許文献２参照）。そして、ＳＣ－ＦＤＥ方式においてもこのパイロット信号（ＵＷ）の振幅レベルを調整することで、チャネル推定の精度が向上し所要Ｃ／Ｎを低減させることが可能である（例えば、非特許文献３）。尚、ＳＣ－ＦＤＥ方式において、非特許文献３に開示されるように、伝送制御信号（ＴＭＣＣ信号）に付随する補助情報をブロック内に設けることもできる。

特開２０１８－６７９６号公報

高田政幸、土田健一、中原俊二、黒田徹, "地上ディジタル放送におけるOFDMシンボル長とスキャッタードパイロットによる伝送特性", 映像情報メディア学会誌, Vol.52, No.11, pp.1658～1665, 1998. "テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形ミリ波帯デジタル無線伝送システム", 標準規格, ARIB STD-B43 2.1版, 2018年1月22日改定山岸史弥、松崎敬文、伊藤史人、鴨田浩和、今村浩一郎、濱住啓之, "SC-FDE 方式におけるパイロット信号のブースト比の検討", 電子情報通信学会, 総合大会, B-5-94, March 2018.

上述したように、ＳＣ－ＦＤＥ方式において、パイロット信号（ＵＷ）の振幅レベルを調整することで、チャネル推定の精度を向上させ所要Ｃ／Ｎを低減させることが可能である。

しかし、ＵＷの振幅がデータ信号のシンボルの平均振幅よりも大きくなるようＵＷとデータ信号のシンボルの振幅比を調整すると、ＰＡＰＲが増大してしまう。ＰＡＰＲが増大する主な要因は、送信装置側の直交変調処理前のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときに（或いは受信装置側の直交復調処理後のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときに）、ＵＷとデータ信号の境目における信号波形が大きなピーク信号を示すためであり、ＵＷの振幅を大きくするとこの傾向が顕著になる。

このことは、送信装置の出力段の電力増幅器の影響を受けにくく、電力効率に優れているというＳＣ－ＦＤＥ方式の利点を損なう恐れがある。また、ＰＡＰＲが増大してしまうと、送信装置側及び受信装置側のデジタル信号処理に係る信号のダイナミックレンジも大きくする必要が生じ、処理コストが増大するという問題が生じる。

また、ＵＷの振幅がデータ信号のシンボルの平均振幅よりも大きくなるようＵＷとデータ信号の振幅比を調整する際の調整範囲として、例えばＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．０以上２．０以下として規格化された場合を考慮すると、様々な値を取りうるデータ信号のシンボルの平均振幅と、それに応じたＵＷとデータ信号の境目における信号波形が示す大きなピーク信号とを予め考量して当該振幅比を調整する必要が生じ、振幅調整が煩雑になる。

非特許文献３によれば、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．３程度が最適とされている。

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、チャネル推定用のパイロット信号の振幅をデータ信号のシンボルの平均振幅よりも大きくしたときに生じるピーク信号を安定して抑制可能とする、シングルキャリア方式の送信装置及び受信装置を提供することにある。

本発明の送信装置は、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置であって、所定の変調方式に応じてデータシンボルを伝送する際に時間領域におけるブロックを生成し、該ブロック内に、パイロット信号として機能する振幅一定で同パターンを持つ一対のユニークワードのシンボルと、前記一対のユニークワードのシンボルの振幅より小さい平均振幅を持つように当該変調方式に応じて前記一対のユニークワードの間に位置させるデータシンボルとを割り当てるブロック生成手段と、データシンボルとユニークワードのシンボルとの間に生じうるピーク信号を抑圧するために、前記ブロック内における前記一対のユニークワードのうち後段のユニークワードのシンボルの直前に、ＮＵＬＬとして所定シンボル数の緩衝シンボルを挿入する緩衝シンボル挿入手段と、を備え、前記ブロック生成手段は、前記ブロック内にＴＭＣＣ信号を割り当てる機能を有し、且つ前記ＴＭＣＣ信号から前記緩衝シンボルの所定シンボル数と同数のリザーブＮＵＬＬシンボルを除去して割り当てることを特徴とする。

また、本発明の送信装置は、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置であって、所定の変調方式に応じてデータシンボルを伝送する際に時間領域におけるブロックを生成し、該ブロック内に、パイロット信号として機能する振幅一定で同パターンを持つ一対のユニークワードのシンボルと、前記一対のユニークワードのシンボルの振幅より小さい平均振幅を持つように当該変調方式に応じて前記一対のユニークワードの間に位置させるデータシンボルとを割り当てるブロック生成手段と、データシンボルとユニークワードのシンボルとの間に生じうるピーク信号を抑圧するために、前記ブロック内における前記一対のユニークワードのうち後段のユニークワードのシンボルの直前に、ＮＵＬＬとして所定シンボル数の緩衝シンボルを挿入する緩衝シンボル挿入手段と、を備え、前記ブロック生成手段は、前記ユニークワードのシンボルと前記データシンボルの振幅比を１．１以上１．６以下として割り当てることを特徴とする。

本発明によれば、シングルキャリア方式の送信装置及び受信装置において、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比を１．１以上１．６以下としたときに、ＵＷとデータ信号の境目における信号波形が示すピーク信号について、安定して抑制することができる。これによりＰＡＰＲの増大を抑制し、デジタル信号処理に要求される信号のダイナミックレンジを小さくすることが可能になり、更にはデータ信号の末尾の位置からＵＷの先頭位置へのシンボルの振幅・位相の変化が大きくなることを防ぐことができる。

本発明による一実施形態の送信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明による一実施形態の受信装置の概略構成を示すブロック図である。（ａ）は従来技法による送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）におけるシンボル構成を示す図であり、（ｂ）は本発明による実施例１の送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）におけるシンボル構成を示す図である。（ａ）は本発明による一実施例として送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）内に緩衝シンボルをＮＵＬＬとして挿入するときのシンボル構成を示す図であり、（ｂ）は本発明による一実施例としてＩＱ平面上における当該緩衝シンボルの座標点を示す図である。（ａ）は３２ＡＰＳＫにおける従来技法に基づく「緩衝シンボル無し」時に、送信装置側の直交変調処理前のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときの時間領域における信号波形（左図）とそのＩＱ平面上のＵＷとデータ信号の境目の信号波形の振幅・位相の変化（右図）を示す図であり、（ｂ）は３２ＡＰＳＫにおける本発明に基づく「緩衝シンボル有り」時に、送信装置側の直交変調処理前のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときの時間領域における信号波形（左図）とそのＩＱ平面上のＵＷとデータ信号の境目の信号波形の振幅・位相の変化（右図）を示す図である。３２ＡＰＳＫにおいて、従来技法に基づく「緩衝シンボル無し」時と、図７に示す「参考例の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬ）有り」時と、本発明に基づく「緩衝シンボル（ＮＵＬＬ）有り」時におけるＵＷシンボルの振幅とデータシンボルの信号の平均振幅比対ＰＡＰＲを比較して示す図である。（ａ）は参考例として送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）内に２個の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬ）を挿入するときのシンボル構成を示す図であり、（ｂ）は参考例としてＩＱ平面上における当該２個の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬ）の座標点を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による一実施形態の送信装置１及び受信装置２を詳細に説明する。尚、本発明による一実施形態として変調方式は３２ＡＰＳＫについて代表的に説明するが、他の変調方式についても適用可能である。

〔送信装置〕
図１は、本発明による一実施形態の送信装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の送信装置１は、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式（ＳＣ－ＦＤＥ方式）の送信装置であり、送信ブロック生成部１０、緩衝シンボル挿入部１１、帯域制限フィルタ部１２、直交変調部１３、デジタル・アナログ（ＤＡ）変換部１４、及び周波数変換部１５を備える。尚、図１において、本発明に係る主要な要素のみを図示しており、緩衝シンボル挿入部１１が設けられている点、及び送信ブロック生成部１０が緩衝シンボルを挿入可能に構成している点、及び直交変調部１３が緩衝シンボル用のマッピングを行う機能を有する点を除き、特許文献１の技法と同様に構成することが可能である。

送信ブロック生成部１０は、所定の変調方式に応じてデータシンボルを伝送する際に時間領域における単位ブロックとなる送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）を構成し、緩衝シンボルを挿入する区間を空けた上で、当該所定の変調方式に応じてマッピングしたデータ信号のシンボル（以下、「データシンボル」と称する）と、パイロット信号として機能する振幅一定で同パターンを持つ一対のユニークワード（ＵＷ，Unique Word）のシンボル（以下、「ＵＷシンボル」と称する）、及び伝送制御信号（ＴＭＣＣ信号）のシンボル（以下、「ＴＭＣＣシンボル」と称する）を当該ＳＣ－ＦＤＥブロック内に割り当て、緩衝シンボル挿入部１１に出力する。

また、送信ブロック生成部１０は、データシンボルについては、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下となるように当該変調方式に応じて一対のＵＷシンボル間に位置させる。尚、送信ブロック生成部１０には、その前処理で、所定の符号化率で誤り訂正符号化処理等が施されたデータシンボルが入力される。

ここで、ＴＭＣＣ信号は、当該ＳＣ－ＦＤＥブロックのデータ（ＤＡＴＡ）部の変調方式、誤り訂正符号に係る符号化率、及び当該ＳＣ－ＦＤＥブロックのブロック番号の情報を少なくとも含み、ＤＢＰＳＫによりマッピングした例えば３２シンボルのＴＭＣＣシンボルとして構成され、ＳＣ－ＦＤＥブロックの前段のＵＷ（ガードインターバル（ＧＩ）として機能するＵＷ）の直後に割り当てられる。尚、ＴＭＣＣ信号のシンボル数は、３２シンボルに限定する必要は無く、更にはＴＭＣＣ信号に含まれる各情報も本例の情報のみに限定する必要はない。尚、ＳＣ－ＦＤＥ方式において、非特許文献３に開示されるように、伝送制御信号（ＴＭＣＣ信号）に付随する補助情報を送信ブロック内に設けることもできる。

そして、ＵＷは、送受間で既知の固定パターンであり、チャネル推定用のパイロット信号としても機能するようFrank-Zadoff符号やChu符号、或いはこれらの組み合わせのZadoff-Chu符号等を用いた、時間領域及び周波数領域で振幅が一定の符号列（例えば２５６シンボル）で構成され、本例では各ＳＣ－ＦＤＥブロックの前後（先頭及び末尾）に割り当てられる。

例えば、Zadoff-Chu系列でＵＷを構成した場合、時間領域及び周波数領域で振幅が一定であるため、以下の数１に示すように、周期的自己相関特性に優れたCAZAC（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列とすることができる。

上記の数１は、ＵＷのシンボル数を２５６とした場合の例であり、ｉは０から２５５までの整数である。

そして、ＳＣ－ＦＤＥ方式は、ＦＦＴ及びＩＦＦＴを行うため、１ＳＣ－ＦＤＥブロック内の等化対象、及びＵＷのシンボル数は２の累乗であることが望ましい。また、ＵＷがガードインターバル（ＧＩ）としての機能を兼ねており、ＧＩ比＝ＵＷのシンボル数÷１ブロック内の等化対象のＦＦＴポイント数（＝シンボル数）であることから、１ブロック内の等化対象のＦＦＴポイント数を２^ＮＦＦＴ（Ｎ_ＦＦＴは正の整数）とすると、１ＳＣ－ＦＤＥブロックのシンボル数は、“２^ＮＦＦＴ＋２^ＮＦＦＴ×ＧＩ比”として定められ、１ＳＣ－ＦＤＥブロックの前後（先頭及び末尾）に割り当てられるＵＷのシンボル数も“２^ＮＦＦＴ×ＧＩ比” として定められる。また、ＵＷのシンボル数が２の累乗となるように、ＧＩ比は２^ＮＦＦＴを越えない２の累乗分の１が選択される。

本実施形態に係る送信ブロック生成部１０は、特許文献１等に開示される従来技法とは異なり、緩衝シンボルを挿入可能に構成している。更に、データ信号の平均振幅に関わらず、緩衝シンボルをＮＵＬＬとして固定したものとしている。このような緩衝シンボルは３シンボル以上で構成してもよいが、伝送効率を考慮すると１シンボル以上とすることが好ましく、１シンボル以上でも十分に不所望なピーク信号を抑圧できるものとなっている。

より具体的に、図３（ａ）に示すように、従来技法では、基本的な送信ブロックとして構成した１ＳＣ－ＦＤＥブロック内で、ＴＭＣＣシンボル、データシンボル、及びＵＷシンボルにより等化対象シンボルを構成する。

一方、図３（ｂ）に示すように、本実施形態に係る送信ブロック生成部１０は、一実施例として、送信ブロック毎に、本例ではＴＭＣＣ内でリザーブとなっていて未使用のシンボル（リザーブＮＵＬＬシンボル）の一部を１シンボル除去し、１シンボルの緩衝シンボルＳＣをＮＵＬＬとして、後段ＵＷの直前に挿入する領域を空けるようにしている。尚、緩衝シンボルＳＣのシンボル数を複数とすることもできる。

ところで、本実施形態に係る送信ブロック生成部１０は、緩衝シンボルＳＣを挿入する領域を空ける際に、ＴＭＣＣシンボルのリザーブＮＵＬＬシンボルの一部を除去する代わりに、データシンボルを挿入する領域の一部を除去し、その除去したシンボル数と同数の緩衝シンボルＳＣを、後段ＵＷの直前に挿入する領域を空けるように構成することも可能である。ただし、伝送効率の観点で、図３（ｂ）に例示したように、緩衝シンボルＳＣを挿入する領域を空ける際には、１シンボル以上分とし、そのシンボル数分をＴＭＣＣシンボルのリザーブＮＵＬＬシンボルから除去する構成とすることが好ましい。

図１を参照するに、緩衝シンボル挿入部１１は、送信ブロック生成部１０から、予め定めたシンボル数の緩衝シンボルを挿入する区間を空けた上で、データシンボル、ＵＷシンボル、及びＴＭＣＣシンボルを割り当てた各送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）を順次入力し、それぞれのＳＣ－ＦＤＥブロックに対し、当該緩衝シンボルＳＣをマッピングして挿入し、帯域制限フィルタ部１２に出力する。緩衝シンボルのマッピングについては後述する。

帯域制限フィルタ部１２は、各送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）のシンボル系列に対し、２倍のアップサンプリングを行い、帯域制限フィルタ処理による波形整形を行って直交変調部１３に出力する。帯域制限フィルタとしては、通常、ルートロールオフフィルタを用いる。

直交変調部１３は、帯域制限フィルタ部１２による波形成形後の送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）のシンボル系列に対し、直交変調処理、及び後段のデジタル／アナログ変換によるアパーチャ効果を補正するアパーチャ補正処理を行い、アパーチャ補正後のデジタル信号をＤＡ変換部１４に出力する。

ＤＡ変換部１４は、デジタル直交変調処理が施されたアパーチャ補正後のデジタル信号についてアナログ信号へ変換し、周波数変換部１５に出力する。

周波数変換部１５は、ＤＡ変換部１４から入力されたアナログ信号の周波数を無線周波数に周波数変換して、電力増幅器（図示せず）により規定の電力になるよう増幅した無線周波数信号を送信アンテナ１６から送信する。

〔受信装置〕
図２は、本発明による一実施形態の受信装置２の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の受信装置２は、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式（ＳＣ－ＦＤＥ方式）の受信装置であり、周波数変換部２１、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換部２２、直交復調部２３、帯域制限フィルタ部２４、ブロック同期部２５、周波数領域等化部２６、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２７、緩衝シンボル除去部２８、及びデマッピング部２９を備える。尚、図２において、本発明に係る主要な要素のみを図示しており、緩衝シンボル挿入部２８が設けられている点を除き、特許文献１の技法と同様に構成することが可能である。

周波数変換部２１は、受信アンテナ２０を介して送信装置１から送信された無線周波数信号を受信し、低位相雑音増幅器（図示せず）で所望の電力へ増幅後、周波数変換して中間周波数に変換し、その中間周波数信号をＡＤ変換部２２に出力する。

ＡＤ変換部２２は、周波数変換部２１から入力された中間周波数信号をデジタル信号へ変換し、直交復調部２３へ出力する。

直交復調部２３は、ＡＤ変換部２２を経て得られるデジタル信号に対し、自動周波数制御を行い、周波数ずれを補正しながら、直交復調した複素ベースバンド信号を生成し、周波数補正後の複素ベースバンド信号を帯域制限フィルタ部２４に出力する。

帯域制限フィルタ部２４は、直交復調部２３から入力された複素ベースバンド信号に対し、フィルタ処理による帯域制限を行い、帯域制限した複素ベースバンド信号をブロック同期部２５に出力する。帯域制限フィルタとしては、ルートロールオフフィルタが通常用いられる。

ブロック同期部２５は、帯域制限フィルタ部２４から入力された複素ベースバンド信号に対し、ＵＷを基にＳＣ－ＦＤＥブロックの同期タイミングを検出し、ブロック同期をとったＳＣ－ＦＤＥブロックを周波数領域等化部２６に出力する。

周波数領域等化部２６は、ブロック同期検出した同期タイミングで、ＵＷに対してフーリエ変換を行うことにより周波数領域の信号に変換し、送受間で既知のＵＷ（周波数領域信号）を参照信号としてチャネル推定を行う。更に、周波数領域等化部２６は、ＴＭＣＣシンボル、データシンボル、及び緩衝シンボルに対してもフーリエ変換を行うことで周波数領域信号に変換して、当該チャネル推定結果に基づき、ＺＦ（Zero-Forcing）やＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）基準による波形等化を行い、等化後のＴＭＣＣシンボル、データシンボル、緩衝シンボル、及びＵＷシンボルからなるブロックをＩＦＦＴ部２７に出力する。

ＩＦＦＴ部２７は、周波数領域等化部２６から入力された等化後のＴＭＣＣシンボル、データシンボル、緩衝シンボル、及びＵＷシンボルからなるブロックに対して、逆フーリエ変換を行うことで時間領域の信号に変換し、緩衝シンボル除去部２８に出力する。

緩衝シンボル除去部２８は、ＩＦＦＴ部２７から入力された、時間領域の信号に変換したブロックから緩衝シンボルとＵＷを除去し、ＴＭＣＣシンボル及びデータシンボルをデマッピング部２９に出力する。尚、ＴＭＣＣシンボルについて、緩衝シンボルの挿入のために一部のリザーブが除去されていることは送受間で既知とする。

デマッピング部２９は、緩衝シンボル除去部２８から入力されたデータシンボルについて、ＴＭＣＣシンボルから抽出したＴＭＣＣ信号に記述される変調方式に従いデマッピングし、当該デマッピングしたデータシンボル及びＴＭＣＣ信号を外部に出力する。その後の処理で、当該データシンボルから、ＴＭＣＣ信号に含まれる誤り訂正符号に係る符号化率等の情報を用いて誤り訂正復号後のデータが復元可能となる。

〔一実施例の緩衝シンボル〕
図３（ｂ）を参照して説明したように、本実施形態に係る送信装置１は、一実施例として、送信ブロック生成部１０により送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）毎に１シンボル以上の緩衝シンボルＳＣをＮＵＬＬで固定したものとして、後段ＵＷの直前から先行方向へ順に挿入する領域を空け、緩衝シンボル挿入部１１により当該緩衝シンボルをマッピングして挿入する。これにより、ＵＷの振幅をデータ信号のシンボルの平均振幅よりも大きくした場合でもピーク信号を抑制することができるようにする。

例えば、図４（ａ）には、本発明による一実施例として送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）内に１シンボル以上の緩衝シンボルＳＣをＮＵＬＬとして挿入するときのシンボル構成を示している。また、図４（ｂ）には、本発明による一実施例としてＩＱ平面上における当該１シンボル以上の緩衝シンボルＳＣの座標点を示している。

図４に示す実施例は、データ信号の末尾と後段のＵＷの先頭シンボルの間に緩衝シンボルＳＣを挿入し、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下を満たすようにして、且つ１シンボル以上の緩衝シンボルをＮＵＬＬとして固定して挿入してＰＡＰＲを低減するようにしている。即ち、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列におけるＵＷの先頭シンボルは、ＩＱ平面においてＩが正のＩ軸上に位置する。緩衝シンボルは、Ｉ軸上のデータ信号の平均振幅位置に配置するという例もあるが、データ信号はランダムであるため、ＵＷ先頭シンボルのみを考慮した前記の例ではＰＡＰＲの低減が十分にならない。そこで、本発明では、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下を満たすときには、ランダム信号であるデータ信号も考慮し、緩衝シンボルＳＣをデータ信号やＵＷなど各種信号の信号レベルに対して中間のレベルとなるよう、ＮＵＬＬ固定としている。

〔緩衝シンボルの配置による性能評価〕
図５（ａ）は３２ＡＰＳＫにおける従来技法に基づく「緩衝シンボル無し」時に、送信装置側の直交変調処理前のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときの時間領域における信号波形（左図）とそのＩＱ平面上のＵＷとデータ信号の境目の信号波形の振幅・位相の変化（右図）を示す図である。一方、図５（ｂ）は３２ＡＰＳＫにおける本発明に基づく「緩衝シンボル（ＮＵＬＬを２シンボルとした例）有り」時に、送信装置側の直交変調処理前のシンボルに対し帯域制限フィルタを適用したときの時間領域における信号波形（左図）とそのＩＱ平面上のＵＷとデータ信号の境目の信号波形の振幅・位相の変化（右図）を示す図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）の比較から理解されるように、本実施例のように２シンボルの緩衝シンボルをＮＵＬＬとして固定して挿入した場合、データシンボルとＵＷシンボルの間に発生していたピーク信号が低減されていることが確認された。尚、図５では、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．３とした例を示しているが、当該振幅比として１．１以上１．６以下を満たす限りにおいて、以下に説明するように１シンボル以上の緩衝シンボルをＮＵＬＬとして固定して挿入することで、データシンボルとＵＷシンボルの間に発生していたピーク信号が低減されていることが確認されている。

図６は、３２ＡＰＳＫにおいて、従来技法に基づく「緩衝シンボル無し」時と、「図７に示す参考例の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬを２シンボル）有り」時と、本発明に基づく「緩衝シンボル（ＮＵＬＬを２シンボル）有り」時におけるＵＷシンボルの振幅とデータシンボルの信号の平均振幅比対ＰＡＰＲを比較して示す図である。

尚、図６に示すＰＡＰＲは、ＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function）が１０^－４となるときの値である。ＣＣＤＦとは、或る数値を超える値が発生する累積確率のことをいい、１０^－４で評価するということは０．０１％のＳＣ－ＦＤＥブロックがそのＰＡＰＲ以上の値となることを意味している。尚、図６に示すＰＡＰＲのシミュレーション結果は、ロールオフフィルターの係数を０．１、スパンを６４に固定して、トライアル回数１００００回を繰り返した時の評価値である。

そして、図７（ａ）は参考例として送信ブロック（ＳＣ－ＦＤＥブロック）内に２個の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬを２シンボル）を挿入するときのシンボル構成を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す参考例としてＩＱ平面上における当該２個の緩衝シンボル（非ＮＵＬＬを２シンボル）の座標点を示す図である。即ち、図７に示す参考例では、２個の緩衝シンボルＳＣ１，ＳＣ２（非ＮＵＬＬを２シンボル）を当該送信ブロック内の後段ＵＷの直前に挿入する際に、緩衝シンボルＳＣ１については基準位相（正のＩ軸上）から１８０°（負のＩ軸上）でデータシンボルの平均振幅に一致するＩＱ座標点にマッピングし、緩衝シンボルＳＣ２については基準位相上でデータシンボルの平均振幅に一致するＩＱ座標点にマッピングするものとしている。

図６に示す比較から理解されるように、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下を満たす限りにおいて、緩衝シンボルを挿入しない場合においてはＵＷとデータ信号の振幅比を大きくするにつれてＰＡＰＲが増加していたが、後述する図７に示す参考例、及び本発明に係る緩衝シンボルを挿入することで、そのＰＡＰＲの増加を抑えることができることが確認された。

また、本発明に係る緩衝シンボル（ＮＵＬＬを２シンボル）の挿入は、図７に示す参考例と比較しても、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下を満たす限りにおいて、ＰＡＰＲの増加を抑えることができることが確認された。尚、本発明に係る緩衝シンボルとしてＮＵＬＬを１シンボル挿入する構成とした場合でも、図示を省略するが、ＮＵＬＬを２シンボル挿入する場合と比較してＰＡＰＲの増加の抑制量は減少するものの、当該ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比に対するＰＡＰＲの増加の抑制傾向は同様になることが確認されている。

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では主として、周波数領域でチャネル等化を行うＳＣ－ＦＤＥ方式の送信装置１及び受信装置２の例を説明したが、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式であれば、時間領域でチャネル等化を行うシングルキャリア方式の送信装置及び受信装置にも適用できる。

本発明によれば、シングルキャリア方式の送信装置及び受信装置において、ＵＷシンボルとデータシンボルの振幅比として１．１以上１．６以下としたときに、ＵＷとデータ信号の境目における信号波形が示すピーク信号について、安定して抑制することができるので、チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置及び受信装置に有用である。

１送信装置
２受信装置
１０送信ブロック生成部
１１緩衝シンボル挿入部
１２帯域制限フィルタ部
１３直交変調部
１４デジタル・アナログ（ＤＡ）変換部
１５周波数変換部
１６送信アンテナ
２０受信アンテナ
２１周波数変換部
２２アナログ・デジタル（ＡＤ）変換部
２３直交復調部
２４帯域制限フィルタ部
２５ブロック同期部
２６周波数領域等化部
２７逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部
２８緩衝シンボル除去部
２９デマッピング部

Claims

チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置であって、
所定の変調方式に応じてデータシンボルを伝送する際に時間領域におけるブロックを生成し、該ブロック内に、パイロット信号として機能する振幅一定で同パターンを持つ一対のユニークワードのシンボルと、前記一対のユニークワードのシンボルの振幅より小さい平均振幅を持つように当該変調方式に応じて前記一対のユニークワードの間に位置させるデータシンボルとを割り当てるブロック生成手段と、
データシンボルとユニークワードのシンボルとの間に生じうるピーク信号を抑圧するために、前記ブロック内における前記一対のユニークワードのうち後段のユニークワードのシンボルの直前に、ＮＵＬＬとして所定シンボル数の緩衝シンボルを挿入する緩衝シンボル挿入手段と、を備え、
前記ブロック生成手段は、前記ブロック内にＴＭＣＣ信号を割り当てる機能を有し、且つ前記ＴＭＣＣ信号から前記緩衝シンボルの所定シンボル数と同数のリザーブＮＵＬＬシンボルを除去して割り当てることを特徴とする送信装置。
チャネル推定用のパイロット信号を時間領域で挿入するシングルキャリア方式の送信装置であって、
所定の変調方式に応じてデータシンボルを伝送する際に時間領域におけるブロックを生成し、該ブロック内に、パイロット信号として機能する振幅一定で同パターンを持つ一対のユニークワードのシンボルと、前記一対のユニークワードのシンボルの振幅より小さい平均振幅を持つように当該変調方式に応じて前記一対のユニークワードの間に位置させるデータシンボルとを割り当てるブロック生成手段と、
データシンボルとユニークワードのシンボルとの間に生じうるピーク信号を抑圧するために、前記ブロック内における前記一対のユニークワードのうち後段のユニークワードのシンボルの直前に、ＮＵＬＬとして所定シンボル数の緩衝シンボルを挿入する緩衝シンボル挿入手段と、を備え、
前記ブロック生成手段は、前記ユニークワードのシンボルと前記データシンボルの振幅比を１．１以上１．６以下として割り当てることを特徴とする送信装置。