JP7347871B2 - 無線通信装置、データ受信方法及びプログラム - Google Patents

無線通信装置、データ受信方法及びプログラム Download PDF

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Description

（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１８－０６０４６２号（２０１８年０３月２７日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、無線通信装置、データ受信方法及びプログラムに関する。
無線通信では、無線伝搬路の回線品質によって、ビット誤りの起こりやすさが大きく変動する。無線伝搬路の回線品質は、天候や周辺構造物の変化等による伝搬路自体の変化に加え、モバイル無線通信では、送受信装置間の位置関係の変化によってダイナミックに変化する。
一般に、伝送容量とビット誤りの起こりやすさはトレードオフの関係にあり、伝送容量が大きな変調方式を用いると、ビット誤りが起こりやすくなり、その逆に、ビット誤りが起きにくい変調方式にすると、伝送容量は低下する。
そのため、無線伝搬路の回線品質が劣化したときにビット誤りが一定範囲内に収まるように変調方式を固定してしまうと、無線伝搬路の回線品質が良いときでも、伝送容量が低く固定されてしまい、電波資源の利用効率が低下してしまう。
そこで、近年の無線通信装置では、無線伝搬路の回線品質を把握し、無線伝搬路の回線品質が良いときには、伝送容量が大きな変調方式を用い、無線伝搬路の回線品質が劣化したときには、伝送容量が小さな変調方式を用いてビット誤り率を低下させる、適応変調が用いられるようになってきた。
適応変調による変調方式切り替えの例としては、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の一次変調方式を切り替える手法が良く用いられる。ここで、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭは、それぞれ、Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略である。
例えば、特許文献１の図５では、回線品質に応じて、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの４つの一次変調方式を切り替えている。回線品質が悪いときは、ＢＰＳＫ等の変調度の低い一次変調方式を用いることにより、ビット誤りを低減している。
適応変調による変調方式の切り替えの他の手法としては、誤り訂正における符号化率を変化させるという手法もよく用いられる。例えば、特許文献２では、適応変調により、一次変調方式だけでなく、誤り訂正における符号化率も変化させている。
その他の高利得の変調方式としては、直接拡散を併用する手法がある。例えば、特許文献３の背景技術欄には、直接拡散を含む符号分割多重伝送方式において、処理利得が得られることが書かれている。ただし、直接拡散を行うことにより、伝送するシンボル数が増加し、例えば３ｄＢの利得を得るためには、シンボル数が２倍、６ｄＢの利得を得るためにはシンボル数が４倍必要になり、伝送速度が低下する。
さらなる、高利得の変調方式としては、同じデータを繰り返し送信し、平均化することによって高利得化する手法がある。例えば、特許文献１０では、同一データを繰り返し送信し、アベレージング処理回路で平均化して、高利得化する手法が述べられている。この場合も、上記と同様に平均化回数が増加すると伝送速度が低下する。
ところで、適応変調では、電波の変調方式がダイナミックに変化するため、送信側の無線通信装置が送信した電波の変調方式を受信側の無線通信装置で把握する必要がある。
受信側の無線通信装置で変調方式を把握するための一般的な手法として、変調方式が固定の制御信号と、変調方式が変化する主信号が混在するフォーマットを用いて通信を行う手法が知られている。この方法では、変調方式が固定の制御信号を用いて、変調方式が変化する主信号の変調方式を受信側の無線装置に通知している。
通常、制御信号を用いて変調方式を通知する方法では、制御信号にビット誤りがあると、主信号も全て誤ってしまうため、誤り率の低い、変調方式・符号化率を用いて制御信号を変調する。
例えば、特許文献４では、変調方式等の情報を含むＭＣＳテーブルと呼ばれるものを送信側、受信側の無線通信装置で保有し、送信側の無線通信装置で使用している変調方式をＭＣＳテーブルのインデックス番号を変調方式が固定の制御信号であるＰＤＣＣＨを用いて受信側の無線通信装置に通知する手法が記述されている。
その他の変調方式を把握するための手法として、ブラインド変調を用いる手法がある。ブラインド変調では、可能性のある変調方式を順に試し、正しく復調が行えたかどうかをＣＲＣ等のエラー検出手段を用いて検出し、エラーが検出されなかった変調方式が正しい変調方式だと判断する手法である。ここで、ＣＲＣは、Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋの略である。
例えば、特許文献５の図７では、解釈装置２２で可能性のある変調方式を用いて復調し、ＦＥＣ復号器２３を用いて誤りを訂正し、ＣＲＣ検出器２４を用いてエラーを検出し、エラーを検出しなくなるまで、これらの処理を繰り返す、という手法が示されている。特許文献９も同様に、回線品質に応じて、６４ＱＡＭ、または、１６ＱＡＭのいずれかの一次変調方式を切り替え、ＣＲＣ検出結果に応じて正しい一次変調方式を選択する手法が示されている。
特開２００２－１９９０３３号公報 特許第５７０４１６０号公報 特許第４７８３２１７号公報 国際公開第２０１４／１１９４１３号 特許第３６６５３１５号公報 特許第３８８３５６２号公報 特開２００２－２７５３７号公報 国際公開第２０１５／１４５５９２号 特開２００９－３３３１５号公報 特開平１－１８１２５０号公報
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。上記した適応変調手法では、回線品質が大幅に劣化したときに通信ができなくなるという課題がある。例えば、特許文献４で示すような、変調方式固定の制御信号を用いて変調方式を通知する手法では、制御信号の変調方式として、ＢＰＳＫやＱＰＳＫのような変調度の低い一次変調方式や、符号化率１／３のような符号化率の低い誤り訂正方式を用いている。しかしながら、このような変調方式を使ってもビット誤りが規定範囲に収まらないほど回線品質が劣化した場合、通信が行えなくなる。
この場合、制御信号を、特許文献３に記述してあるような直接拡散等の変調方式、もしくは、特許文献１０に記述してあるような繰り返し送信する変調方式を用いて、常に高利得化することによって、制御信号のビット誤りを規定範囲に収めることが可能になる。ところが、制御信号を常に高利得化すると、制御信号に必要なシンボル数が大幅に増加し、回線品質が良いときにも、伝送速度が低下するという問題がある。
また、特許文献５にあるようなブラインド変調を用いる方法では、変調方式を切り替えながら順に主信号を復調し、ＣＲＣ等のエラー検出手段を用いて、変調方式毎にエラーを検出するため、処理量が大きくなるという問題点がある。また、使用した変調方式以外の変調方式を用いて復調を行ったときに、エラー検出手段を用いて確実にエラーを検出する変調方式でないと、適切な変調方式を選択できないという問題点もある。
また、特許文献９のような間引き処理を行う手法では、６４ＱＡＭと１６ＱＡＭのような、グレーコードを用いる変調度の高い変調方式間でのみ有効であり、上記のように、ＢＰＳＫやＱＰＳＫのような変調方式を使ってもビット誤りが規定範囲に収まらない程回線品質が劣化するような用途には利用できない。
本発明の目的は、回線品質が大幅に劣化したときにも通信することが可能で、かつ、回線品質が良好なときの伝送速度に影響を与えない、制御信号の高利得変調方式への切り替え手法の豊富化に貢献する技術を提供することにある。
第１の視点によれば、受信シンボルを合成するシンボル合成回路と、前記合成前後の受信シンボルをそれぞれ復調する復調回路と、前記復調後の受信データの誤り訂正を行う誤り訂正回路と、前記誤り訂正後の受信データから第１の誤り検出符号を検出する検出回路と、前記誤り訂正後の受信データから、任意の複数のビットを反転させた第２の誤り検出符号を検出する第２の検出回路と、前記受信データを選択する受信データ選択回路と、を含み、前記受信データ選択回路は、前記第１、第２の誤り検出符号の検出結果を用いて、送信時に使用した変調方式を判定し、前記判定した変調方式に対応する受信データを選択する無線通信装置が提供される。
第２の視点によれば、受信シンボルを合成するシンボル合成回路と、前記合成前後の受信シンボルをそれぞれ復調する復調回路と、前記復調後の受信データの誤り訂正を行う誤り訂正回路と、前記誤り訂正後の受信データから第１の誤り検出符号を検出する検出回路と、前記誤り訂正後の受信データから、任意の複数のビットを反転させた第２の誤り検出符号を検出する第２の検出回路と、前記受信データを選択する受信データ選択回路と、を含む無線通信装置において、前記第１、第２の誤り検出符号の検出結果を用いて、送信時に使用した変調方式を判定し、前記判定した変調方式に対応する受信データを選択する、データ受信方法が提供される。本方法は、上記した各回路を備える特定の無線通信装置に結びつけられている。
第３の視点によれば、受信シンボルを合成するシンボル合成回路と、前記合成前後の受信シンボルをそれぞれ復調する復調回路と、前記復調後の受信データの誤り訂正を行う誤り訂正回路と、前記誤り訂正後の受信データから第１の誤り検出符号を検出する検出回路と、前記誤り訂正後の受信データから、任意の複数のビットを反転させた第２の誤り検出符号を検出する第２の検出回路と、前記受信データを選択する受信データ選択回路と、を含む無線通信装置において、前記第１、第２の誤り検出符号の検出結果を用いて、送信時に使用した変調方式を判定する処理と、前記判定した変調方式に対応する受信データを選択する処理と、を前記無線通信装置に搭載されたコンピュータに実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な（非トランジトリーな）記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。また、このプログラムは、コンピュータ装置に入力装置又は外部から通信インターフェースを介して入力され、記憶装置に記憶されて、プロセッサを所定のステップないし処理に従って駆動させることができる。また、このプログラムは、必要に応じ中間状態を含めその処理結果を段階毎に表示装置を介して表示することができ、あるいは通信インターフェースを介して、外部と交信することができる。そのためのコンピュータ装置は、一例として、典型的には互いにバスによって接続可能なプロセッサ、記憶装置、入力装置、通信インターフェース、及び必要に応じ表示装置を備える。
本発明によれば、回線品質が大幅に劣化したときにも通信することが可能で、かつ、回線品質が良好なときの伝送速度に影響を与えない、制御信号の高利得変調方式への切り替え手法を提供することができる。即ち、本発明は、背景技術に記載した無線通信装置を、回線品質に応じた受信データを選択しうるものへと変換するものとなっている。
本発明の第１の実施形態の無線装置間の信号の流れを示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における、受信データのスロット構成を示す図である。 代表的な変調方式におけるビット誤り率１０－４以下を実現する所要ＳＮ比と伝送速度の関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、通常時の制御信号、主信号の符号化、変調処理の流れを示す図である。 本発明の第１の実施形態における、無線回線の回線品質が大幅に劣化したときの制御信号、主信号の符号化、変調処理の流れを示す図である。 本発明の第１の実施形態における、通常時と回線品質劣化時の２段階で切り替えるときの制御信号、主信号の復調、復号化処理の処理フロー図である。 本発明の第１の実施形態における、通常時と回線品質劣化時と更なる回線品質劣化時の３段階で切り替えるときの制御信号、主信号の復調、復号化処理の処理フロー図である。 繰り返し送信された２つのシンボル列をシンボル合成したときと、繰り返し送信された４つのシンボル列をシンボル合成したときの受信利得を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、制御信号ビット列のビット反転誤り検出符号（反転ＣＲＣ）の生成方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変調回路の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の復調回路の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の制御信号変調部の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の主信号変調部の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の制御信号復調部の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の制御信号復調部の変形構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の主信号復調部の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のビット反転ＣＲＣ検査回路の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のビット反転ＣＲＣ検査回路の他の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の説明として、ＯＦＤＭシンボルへのシンボル列のマッピングの例を示す図である。 サブキャリア単位のシンボル合成の処理の例を示す図である。 ＯＦＤＭシンボル単位のシンボル合成の処理の例を示す図である。 ＯＦＤＭシンボル単体単位の繰り返し送信の例を示す図である。 参照信号繰り返し単位の繰り返し送信の例を示す図である。 本発明の一実施形態の構成を示す図である。
はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。また、以降の説明で参照する図面等のブロック間の接続線は、双方向及び単方向の双方を含む。一方向矢印については、主たる信号（データ）の流れを模式的に示すものであり、双方向性を排除するものではない。また、図中の各ブロックの入出力の接続点には、ポート乃至インターフェースがあるが図示省略する。また、プログラムはコンピュータ装置を介して実行され、コンピュータ装置は、例えば、プロセッサ、記憶装置、入力装置、通信インターフェース、及び必要に応じ表示装置を備える。また、コンピュータ装置は、通信インターフェースを介して装置内又は外部の機器（コンピュータを含む）と、有線、無線を問わず、交信可能に構成される。
本発明は、その一実施形態において、図２４に示すように、シンボル合成回路１４０４と、復調回路１４０１、１４０５と、誤り訂正回路１４０２、１４０６と、検出回路１４０３ａと、第２の検出回路１４０７ａと、受信データ選択回路１４０８と、を含む構成にて実現できる。
具体的には、シンボル合成回路１４０４は、受信シンボルを合成する。復調回路１４０１、１４０５は、合成前後の受信シンボルをそれぞれ復調する。誤り訂正回路１４０２、１４０６は、復調回路１４０１、１４０５からそれぞれ出力された復調後の受信データの誤り訂正を行う。検出回路１４０３ａは、誤り訂正後の受信データから第１の誤り検出符号を検出する。第２の検出回路１４０７ａは、誤り訂正後の受信データから、任意の複数のビットを反転させた第２の誤り検出符号を検出する。そして、受信データ選択回路１４０８は、前記第１、第２の誤り検出符号の検出結果を用いて、送信時に使用した変調方式を判定し、前記判定した変調方式に対応する受信データを選択する。
以上の構成により、回線品質が大幅に劣化したときにも通信することが可能で、かつ、回線品質が良好なときの伝送速度に影響を与えない、制御信号の高利得変調方式への切り替えが可能となる。その理由は、受信データ選択回路１４０８において、前記第１、第２の誤り検出符号の検出結果に応じて、回線品質が劣化しているか否かを判定し、受信データの選択を行う構成を採用したことにある。
［第１の実施形態］
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態において、適応変調を用いるときの無線通信装置間の信号の流れを示す。
まずは、送信側の無線装置において、回線品質推定回路１０１で無線回線の回線品質を推定し、その推定結果に応じて変調方式を決定する。次に変調回路１０２を用いて、回線品質推定回路１０１で決定した変調方式を用いて、送信データを符号化、変調し、送信シンボルを生成する。
生成された送信シンボルは周波数変換回路１０３によりＲＦ信号に変換され送信アンテナを通って送信される。
送信されたＲＦ信号は無線伝搬路を通って受信側の無線装置に到達し、受信アンテナを通って、周波数変換回路１０４により周波数変換され受信シンボルになる。
変調方式判定回路１０５では受信シンボルを用いて変調方式を判定し、その変調方式を用いて、復調回路１０６で受信シンボルを復調、復号化し、受信データを生成する。
図２は、本実施形態における、受信データのスロット構成について示す。制御信号には、主信号の変調方式を示すデータが格納されている。受信側の無線通信装置は、まず、制御信号の受信シンボルを復調し、主信号の変調方式を得ることによって、制御信号の後に続く、変調方式可変の主信号を復調することができるようになる。
図３は代表的な変調方式におけるビット誤り率１０－４以下を実現する所要ＳＮ比と伝送速度の関係を示している。一般的に伝送速度が高い変調方式ほど、所要ＳＮ比が高い。ビット誤り率１０－４とは、１×１０－４、即ち、１万ビット毎に１ビットの誤りがある状態を示している。
例えば、ＢＰＳＫの所要ＳＮ比より無線回線のＳＮ比が高く、ＱＰＳＫの所要ＳＮ比より無線回線のＳＮ比が低い回線では、主信号の変調方式としてＢＰＳＫを用いることでビット誤り率１０－４以下が達成される。同様に、ＱＰＳＫの所要ＳＮ比より無線回線のＳＮ比が高く、１６ＱＡＭの所要ＳＮ比より無線回線のＳＮ比が低い回線では、主信号の変調方式としてＱＰＳＫを用いることでビット誤り率１０－４以下が達成される。このように、無線回線のＳＮ比に応じて、主信号の変調方式を切り替えることが行われている。
制御信号には、主信号の変調方式を示すデータが格納されているため、通常は、ＢＰＳＫ等の所要ＳＮ比が低い一次変調方式を利用する。
しかしながら、無線回線の回線品質が大幅に劣化し、無線回線のＳＮ比がＢＰＳＫの所要ＳＮ比を下回ったときには、制御信号のビット誤りが頻出し、受信シンボルの復調が困難になる。
本実施形態では、無線回線の回線品質が大幅に劣化したときには、制御信号および主信号を繰り返し送信し、受信側で、その繰り返し送信した制御信号および主信号のシンボルを平均化（シンボル合成）することにより利得を向上し復調を可能にする。
図４に通常時の制御信号、主信号の符号化、変調処理の流れを示す。まず、送信側の変調回路１０２にて、制御信号ビット列、および、複数の主信号ビット列に対し、誤り検出符号（ＣＲＣ）を付加する（図４のＣＲＣ付加）。
次に、送信側の変調回路１０２にて、誤り検出符号を付加した制御信号ビット列、主信号ビット列に対し誤り訂正符号で符号化する（図４の誤り訂正符号化）。
最後に、送信側の変調回路１０２にて、符号化後の制御信号ビット列、主信号ビット列を変調し、制御信号シンボル列、主信号シンボル列を生成する（図４の変調）。
主信号の変調方式、誤り訂正符号の符号化率等のパラメータは制御信号に格納されている。制御信号の変調方式、誤り訂正符号の符号化率等のパラメータは固定的に設定されている（図２参照）。
図５に無線回線の回線品質が大幅に劣化したときの制御信号、主信号の符号化、変調処理の流れを示す。この例では繰り返し数が２回の例を示している。
まず、送信側の変調回路１０２にて、複数の主信号ビット列に、誤り検出符号（ＣＲＣ）を付加し、制御信号ビット列には誤り検出符号をビット反転した符号（反転ＣＲＣ）を付加する（図５のＣＲＣ付加）。
次に、送信側の変調回路１０２にて、誤り検出符号、もしくは誤り検出符号をビット反転した符号を付加した制御信号ビット列、主信号ビット列を誤り訂正符号で符号化する（図５の誤り訂正符号化）。
次に、送信側の変調回路１０２にて、符号化した制御信号、主信号を変調し、制御信号シンボル列、主信号シンボル列を生成する（図５の変調）。
最後に、送信側の変調回路１０２にて、制御信号シンボル列、主信号シンボル列をコピーして二重化する（図５のコピー）。図５のケースにおいても、主信号の変調方式、誤り訂正符号の符号化率等のパラメータは制御信号に格納されている。同様に、制御信号の変調方式、誤り訂正符号の符号化率等のパラメータは通常時の制御信号に格納されている値と同じ値に固定的に設定されている。
なお、制御信号、主信号の繰り返し数は任意の回数とすることが可能である。繰り返し回数を多くする方がより高い利得を得られる。
図６に、受信側の無線通信装置の変調方式判定回路１０５及び復調回路１０６における、制御信号、主信号の復調、復号化処理の処理フロー図を示す。まず、受信側の無線通信装置は、最初の制御信号シンボルを復調し、制御信号ビット列を生成する（図６のステップ１）。
次に、受信側の無線通信装置は、復調して得られた制御信号ビット列の誤り訂正を行う（図６のステップ２）。
次に、受信側の無線通信装置は、誤り訂正を行った後の制御信号ビット列の誤り検出符号（ＣＲＣ）の検査を行う（図６のステップ３）。前記検査の結果、誤り検出符号が一致したとき（図６のステップ３のＯＫ）、受信側の無線通信装置は、通常時の主信号の復調処理を行う。一方、誤り検出符号が一致しないとき（図６のステップ３のＮＧ）、受信側の無線通信装置は、回線品質劣化時の制御信号の復調処理を行う（図６の回線品質劣化時のフローへ）。
通常時の主信号の復調処理では、まず、受信側の無線通信装置は、制御信号ビット列に格納されている主信号の変調方式を導出する（図６のステップ４）。
次に、受信側の無線通信装置は、導出した変調方式を用いて主信号のシンボル列を復調する（図６のステップ５）。
最後に、受信側の無線通信装置は、復調した主信号のビット列に対して誤り訂正、誤り検出を行う（図６のステップ６）。
回線品質劣化時の制御信号の復調処理では、まず、受信側の無線通信装置は、繰り返し送信されている制御信号のシンボル列を平均化することにより、シンボル合成する（図６のステップ７）。
次に、受信側の無線通信装置は、シンボル合成した制御信号のシンボル列を復調し、制御信号ビット列を生成する（図６のステップ８）。
次に、受信側の無線通信装置は、復調して得られた制御信号ビット列の誤り訂正を行う（図６のステップ９）。
次に、受信側の無線通信装置は、誤り訂正を行った後の制御信号ビット列の誤り検出符号（ＣＲＣ）の検査を行う（図６のステップ１０）。前記検査の結果で、誤り検出符号がビット反転した符号と一致したとき（図６のステップ１０のＯＫ）、受信側の無線通信装置は、回線品質劣化時の主信号の復調処理を行う。一方、誤り検出符号が一致しないとき（図６のステップ１０のＮＧ）、受信側の無線通信装置は、受信エラー処理を行う。
回線品質劣化時の主信号の復調処理では、まず、受信側の無線通信装置は、制御信号ビット列に格納されている主信号の変調方式を導出する（図６のステップ１１）。
次に、受信側の無線通信装置は、繰り返し送信されている主信号のシンボル列をシンボル合成する（図６のステップ１２）。
次に、受信側の無線通信装置は、導出した変調方式を用いてシンボル合成した主信号のシンボル列を復調する（図６のステップ１３）。
最後に、受信側の無線通信装置は、復調した主信号のビット列に対して誤り訂正、誤り検出を行う（図６のステップ１４）。
なお、制御信号シンボル列のシンボル合成手法の切り替えは、通常時と回線品質劣化時の２段階だけでなく、さらに、段階を増やすことも可能である。その一例として、図７に、通常時と回線品質劣化時と更なる回線品質劣化時の３段階で切り替えるときの制御信号、主信号の復調、復号化処理の処理フロー図を示す。図６に示したフローとの大きな相違点は、ステップ１０で誤り検出符号が一致しないときに直ちに受信エラーとするのではなく、ステップ１５に遷移し、合成するシンボルの数を増やしたシンボル合成２を再度実施して制御信号ビット列の検査を試みる点である。
このように、図７の例では、前述の２段階の切り替えに加え、シンボル合成する制御信号シンボル列の繰り返し数を増加させることで、更なる回線品質劣化時に高い受信利得を得られるようにしている。
また、図７の例では、回線品質劣化時と更なる回線品質劣化時を見分けるために、ビット反転誤り検出符号のビット反転位置を異なる位置に設定することが好ましい。
図８は、繰り返し送信された２つのシンボル列をシンボル合成したとき（２ｘ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）と、繰り返し送信された４つのシンボル列をシンボル合成したとき（４ｘ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）の受信利得を示している。
このグラフでは、横軸にＳＮ比を、縦軸にビット誤り率を示している。２つのシンボル列をシンボル合成したときは約３ｄＢの利得が得られ、４つのシンボル列をシンボル合成したときは約６ｄＢの利得が得られる。従って、図６のフローで回線品質劣化により受信エラーとなるようなケースでも、図７のフローでは、正しく受信できる場合がある。
図９に、上記説明中における制御信号ビット列のビット反転誤り検出符号（反転ＣＲＣ）の生成方法を示す。まず、送信側の変調回路１０２は、制御信号ビット列の誤り検出符号（ＣＲＣ）を算出する。
次に、変調回路１０２は、誤り検出符号（ＣＲＣ）の全てのビット、もしくは、一部のビットを反転させ、ビット反転誤り検出符号（反転ＣＲＣ）を生成する。
復調時の、通常時と回線品質劣化時の復調手法の誤判定を防ぐために、反転するビット数はできるだけ多い方が良い。例えば、誤り検出符号のビット数が２４ビットで、かつ、通常時と回線品質劣化時の２段階を見分けるときは、２４ビット全てのビットを反転すると、誤り検出符号の検査時のハミング距離が最も大きくなるため、誤判定確率が最も小さくなる。
一般に、誤り検出符号のビット数をＣ、判定する変調方式の種類をＫとすると、２Ｃ／Ｋビットを反転させることにより、各段階相互間のハミング距離を最も大きくすることが可能になり、誤判定確率を最小にすることが可能になる。
例えば、誤り検出符号のビット数が２４ビットで、かつ、通常時と回線品質劣化時と更なる回線品質劣化時の３段階を見分けるときは、次のようになる。まず、回線品質劣化時にある１６ビットを反転し、更なる回線品質劣化時に、回線品質劣化時に反転するビット８ビットと、反転しないビット８ビットの合計１６ビットを反転するようにする。このようにすると、通常時と回線品質劣化時、回線品質劣化時と更なる回線品質劣化時、回線品質劣化時と更なる回線品質の劣化時の３段階相互間のハミング距離が全て１６ビットとなり、誤判定確率が最も小さくなる。
続いて、上記した無線通信装置の変調回路１０２及び復調回路１０６の構成例を説明する。図１０は、変調回路１０２の構成例を示す。図１０に示す変調回路１０２は、制御信号生成回路１００１と、制御信号変調部１００２と、主信号変調部１００３と、送信シンボル列結合回路１００４とを含む。外部の回線品質推定回路（図１の符号１０１）で生成された変調方式（情報）は制御信号生成回路１００１に入力される。制御信号生成回路１００１は、制御信号の中に変調方式情報を格納し、制御信号ビット列を生成する。制御信号生成回路１００１で生成された制御信号ビット列は制御信号変調部１００２で変調され、制御信号シンボル列が生成される。同時に、主信号ビット列が主信号変調部１００３で変調され、主信号シンボル列が生成される。
制御信号シンボル列、および、主信号シンボル列は送信シンボル列結合回路１００４で結合され、送信シンボル列が生成される。
図１１は、変調方式判定回路１０５及び復調回路１０６として機能する回路の構成例を示す。図１１に示す回路は、受信シンボル列選択回路１１０１と、制御信号復調部１１０２と、主信号変調方式判定回路１１０３と、主信号復調部１１０４とを含む。受信シンボル列から、受信シンボル列選択回路１１０１によって、制御信号シンボル列が選択される。制御信号シンボル列は、制御信号復調部１１０２により、復調、復号処理され、制御信号ビット列が生成される。
次に、主信号変調方式判定回路１１０３により、制御信号ビット列中に格納されている主信号の変調方式情報が抽出される。
主信号変調方式判定回路１１０３により得られた主信号の変調方式情報は受信シンボル列選択回路１１０１に転送される。受信シンボル列選択回路１１０１は、その主信号変調方式情報に基づいて、受信シンボル列から主信号シンボル列を選択する。
最後に、選択された主信号シンボル列、および、抽出された主信号変調方式情報を用いて、主信号復調部１１０４で主信号の復調、復号処理が行われ、主信号ビット列が生成される。
続いて、図１０、図１１に表された主要な要素の詳細構成について説明する。図１２に制御信号変調部１００２の構成例を示す。制御信号変調部１００２は、ビット反転ＣＲＣ生成回路１２０１と、誤り訂正符号生成回路１２０２と、変調回路１２０３と、シンボルコピー回路１２０４とを含む。
ビット反転ＣＲＣ生成回路１２０１は、変調方式情報に基づいて、制御信号ビット列に対し、ＣＲＣもしくはビット反転ＣＲＣを付加する。制御信号変調方式が通常時用の変調方式であるときはＣＲＣが付加され、回線品質劣化時用の変調方式であるときはビット反転ＣＲＣが付加される。
次に、ＣＲＣもしくはビット反転ＣＲＣが付加された制御信号ビット列は、誤り訂正符号生成回路１２０２で誤り訂正符号化され、変調回路１２０３によって変調され、制御信号シンボル列が生成される。
制御信号変調方式が通常時用の変調方式であるときはそのまま出力され、制御信号変調方式が、回線品質劣化時用の変調方式であるとき、シンボルコピー回路１２０４で制御信号シンボル列がコピーされ、複数の制御信号シンボル列が出力される。
図１３に主信号変調部１００３の構成例を示す。主信号変調部１００３は、ＣＲＣ生成回路１３０１と、誤り訂正符号生成回路１３０２と、変調回路１３０３と、シンボルコピー回路１３０４とを含む。
ＣＲＣ生成回路１３０１は、主信号ビット列に対し、ＣＲＣを付加する。ＣＲＣが付加された主信号ビット列は、誤り訂正符号生成回路１３０２にて誤り訂正符号化され、変調回路１３０３で変調される。ここで、回線品質劣化時用の変調方式であるときはシンボルコピー回路１３０４で主信号シンボル列がコピーされる。
上記誤り訂正符号生成回路１３０２及び変調回路１３０３における誤り訂正の符号化率、変調方式は、主信号変調部１００３に与えられる主信号変調方式情報で切り替わる。
図１４に制御信号復調部１１０２の構成例を示す。制御信号復調部１１０２は、復調回路１４０１、１４０５と、誤り訂正回路１４０２、１４０６と、ＣＲＣ検査回路１４０３と、シンボル合成回路１４０４と、ビット反転ＣＲＣ検査回路１４０７と、受信データ選択回路１４０８と、を含む。
制御信号復調部１１０２に入力された制御信号シンボル列は、復調回路１４０１で復調される。次に、誤り訂正回路１４０２で誤り訂正が行われ、ＣＲＣ検査回路１４０３でビット誤りが検出される。ＣＲＣ検査回路１４０３でビット誤りが検出されなかったときは、受信データ選択回路１４０８から制御信号ビット列として、誤り訂正後の制御信号ビット列が出力される。以上の流れが図６のステップ１～３に相当する。
ＣＲＣ検査回路１４０３でビット誤りが検出された場合、シンボル合成回路１４０４で、複数送信された制御信号シンボル列の合成が行われる。合成後の制御信号シンボル列は、復調回路１４０５で復調され、誤り訂正回路１４０６で誤り訂正が行われる。次に、ビット反転ＣＲＣ検査回路１４０７で誤り検出符号（ＣＲＣ）の検査を行い、誤り検出符号がビット反転した符号と一致したときは、受信データ選択回路１４０８から制御信号ビット列として、シンボル合成し、復調、誤り訂正後の制御信号ビット列が出力される。以上の流れが図６のステップ７～１０に相当する。
図１５は、制御信号復調部１１０２の別の構成例を示す。この構成例では、通常時と、回線品質劣化時が２段階の計３段階の変調方式の切り替えを行う図７で説明したフローを実施可能である。
まず、入力された制御信号シンボル列は、復調回路１５０１で復調され、誤り訂正回路１５０２で誤り訂正が行われ、ＣＲＣ検査回路１５０３でビット誤りが検出される。ＣＲＣ検査回路１５０３でビット誤りが検出されなかったときは、受信データ選択回路１５１２から制御信号ビット列として、誤り訂正後の制御信号ビット列が出力される。以上の流れが図７のステップ１～３に相当する。
ＣＲＣ検査回路１５０３でビット誤りが検出された場合、制御信号シンボル列は２倍シンボル合成回路１５０４で、２回送信された制御信号シンボル列のシンボル合成が行われる。２倍シンボル合成回路１５０４で合成された制御信号シンボル列は、復調回路１５０５で復調され、誤り訂正回路１５０６で誤り訂正が行われ、２倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路１５０７で誤り検出符号（ＣＲＣ）の検査が行われる。検査の結果、誤りが検出されなかったときは、受信データ選択回路１５１２から制御信号ビット列として、２倍シンボル合成し、復調、誤り訂正後の制御信号ビット列が出力される。以上の流れが図７のステップ７～１０に相当する。
２倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路１５０７で誤りが検出されたときは、制御信号シンボル列は４倍シンボル合成回路１５０８で、４回送信された制御信号シンボル列のシンボル合成が行われる。４倍シンボル合成回路１５０８で合成された制御信号シンボル列は、復調回路１５０９で復調され、誤り訂正回路１５１０で誤り訂正が行われ、４倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路１５１１で誤り検出符号（ＣＲＣ）の検査が行われる。検査の結果、誤りが検出されなかったときは、受信データ選択回路１５１２から制御信号ビット列として、４倍シンボル合成し、復調、誤り訂正後の制御信号ビット列が出力される。以上の流れが図７のステップ１５～１８に相当する。
図１６に主信号復調部１１０４の構成例を示す。主信号復調部１１０４は、シンボル合成回路１６０１と、復調回路１６０２と、誤り訂正回路１６０３と、ＣＲＣ検査回路１６０４と、を含む。まず、主信号シンボル列はシンボル合成回路１６０１でシンボル合成処理される。
ここで、シンボル合成回路１６０１では、主信号変調方式として主信号シンボル列が複数送信されたことが指示されているときは、主信号シンボル列をシンボル合成し、そうでないときはそのまま出力する。
次に、復調回路１６０２で復調処理が行われ、誤り訂正回路１６０３で誤り訂正が行われる。最後にＣＲＣ検査回路１６０４で誤り検査が行われ、誤りが検出されなかったときは、主信号ビット列として出力される。以上の流れが図６のステップ４～６又はステップ１１～１４に相当する。図７の場合、以上の流れは、ステップ４～６又はステップ１１～１４又はステップ１９～２２で行われる。
図１７にビット反転ＣＲＣ検査回路（図１４の符号１４０７）の構成例を示す。図１７のビット反転ＣＲＣ検査回路は、ＣＲＣ生成回路１７０１と、ビット反転回路１７０２と、ＣＲＣ選択回路１７０３と、ビット結合回路１７０４とを含む。
まず、ＣＲＣ生成回路１７０１によって、制御信号ビット列の誤り検出符号（ＣＲＣ）が生成される。次に、誤り検出符号はビット反転回路１７０２でビット反転される。制御信号変調方式が通常時のときは、ＣＲＣ選択回路１７０３で誤り検出符号がそのまま出力される。一方、制御信号変調方式が回線劣化時のときはビット反転された誤り検出符号が出力される。
最後にビット結合回路１７０４によって、制御信号ビット列とＣＲＣ選択回路１７０３から出力された誤り検出符号が結合され、ＣＲＣ付加後の制御信号ビット列が出力される。
図１８にビット反転ＣＲＣ検査回路の別の構成例を示す。図１８のビット反転ＣＲＣ検査回路は、ＣＲＣ生成回路１８０１と、ビット反転値選択回路１８０２と、ＸＯＲ回路１８０３と、ビット結合回路１８０４とを含む。この構成例では、通常時と、回線品質劣化時が２段階の計３段階のＣＲＣ付加後の制御信号ビット列を生成している。従って、図１８のビット反転ＣＲＣ検査回路は、図１５の２倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路１５０７、４倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路１５１１に対応する構成を示している。
まず、ＣＲＣ生成回路１８０１によって、制御信号ビット列の２４ビット誤り検出符号（ＣＲＣ）が生成される。次に、制御信号変調方式に応じて、通常時用のビット反転値０ｘ００００００（１６進数）か、回線品質劣化時用のビット反転値０ｘ００ＦＦＦＦか、更なる回線品質劣化時用のビット反転値０ｘＦＦＦＦ００の３種類のビット反転値が、ビット反転値選択回路１８０２によって選択される。
次に、ＸＯＲ回路１８０３によって、ＣＲＣ生成回路１８０１によって生成された２４ビットＣＲＣとビット反転値選択回路１８０２によって選択されたビット反転値がＸＯＲ演算され、ビット反転ＣＲＣが生成される。最後に、ビット結合回路１８０４によって、制御信号ビット列とビット反転ＣＲＣが結合され、ＣＲＣ付加後の制御信号ビット列が生成される。
ここで、通常時用のビット反転値０ｘ００００００（１６進数）、回線品質劣化時用のビット反転値０ｘ００ＦＦＦＦ、更なる回線品質劣化時用のビット反転値０ｘＦＦＦＦ００の３種類のビット反転値としたのは、各段階間のビット反転値間のハミング距離が最大になるため、誤判定確率が最小になるためである。
以上説明したとおり、本発明の第１の実施形態によれば、回線品質が大幅に劣化したときにも通信することが可能となる。その理由は、送信側で制御信号及び主信号を繰り返し送信し、受信側で、制御信号のシンボルを合成し、利得を向上できる構成を採用したことにある。また、本発明の第１の実施形態によれば、回線品質が良好なときの伝送速度に影響は生じない。その理由は、制御信号のビット列のＣＲＣ検査で回線品質が良好と判定した場合に、通常時の主信号の復調処理を行う構成を採用したことにある。
換言すると、本発明は、受信データに含まれる制御信号のシンボル列を合成するとともに、前記シンボル列に含まれる誤り検出符号がビット反転されていることを検出することにより、そのシンボル列が複数回送信されていることを判定する変調方式判定回路１０５と、前記判定結果に基づいて受信データの復調を行う復調回路１０６と、を備えた無線通信装置としても把握できる。
［第２の実施形態］
続いて、２次変調にＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を適用した本発明の第２の実施形態を説明する。ＯＦＤＭ方式は、周波数方向に配置したサブキャリアに送信するシンボル列をマッピングし、フーリエ逆変換でＯＦＤＭシンボルを生成して送信することにより、周波数利用効率を高め、シンボル間干渉を低減する手法である。
図１９にＯＦＤＭ方式におけるシンボル列のマッピング手法の例を示す。縦軸はＯＦＤＭシンボルのサブキャリア番号を示し、横軸はＯＦＤＭシンボル番号を示している。通常、ＯＦＤＭ方式では、一定のサブキャリア番号、および、ＯＦＤＭシンボル番号の組み合わせのパターンで参照信号（図中ではＲｅｆ）がマッピングされている。参照信号は受信側で復調等に用いられる。通常、参照信号のマッピングは一定の周期で繰り返しマッピングされる。図１９の例では６ＯＦＤＭシンボル単位で繰り返しマッピングされている。
シンボル列は、参照信号以外のサブキャリアにマッピングされる。図１９の例では、最初にＯＦＤＭシンボル番号０、サブキャリア番号１のサブキャリアに、次に、ＯＦＤＭシンボル番号１、サブキャリア番号１のサブキャリアに、次に、ＯＦＤＭシンボル番号０、サブキャリア番号２のサブキャリアに、という様にシンボル列がマッピングされている。
ＯＦＤＭ方式では、受信側でフーリエ変換処理を行うことによりサブキャリア信号に変換し、その後、復調処理を行う。通常、シンボル合成は繰り返し送信されたサブキャリア信号を加算することにより行われるが、ＯＦＤＭシンボル単位で繰り返し送信することにより、フーリエ変換処理前のＯＦＤＭシンボルを合成することでシンボル合成を行えるようになる。
図２０にサブキャリア信号でシンボル合成を行うときの処理の流れを、図２１にＯＦＤＭ信号でシンボル合成を行うときの処理の流れを示す。
図２０のサブキャリア信号でシンボル合成を行うときは、各ＯＦＤＭ信号をフーリエ変換回路２００１～２００４でサブキャリア信号に変換し、そのサブキャリア信号をシンボル合成回路２００５でシンボル合成を行う。合成したシンボルを復調回路２００６で復調処理をし、誤り訂正回路２００７で誤り訂正を行い、最後にＣＲＣ検査回路２００８で誤り検出を行う。
図２１のＯＦＤＭ信号でシンボル合成を行うときは、ＯＦＤＭ信号のままシンボル合成回路２１０１でシンボル合成を行う。そして、フーリエ変換回路２１０２でサブキャリア信号に変換し、復調回路２１０３で復調処理をし、誤り訂正回路２１０４で誤り訂正を行い、最後にＣＲＣ検査回路２１０５で誤り検出を行う。
このようにＯＦＤＭ信号でシンボル合成を行うときは、フーリエ変換処理を削減することができるため、処理量を削減することができる。
図２２にＯＦＤＭシンボル単体を連続して繰り返し送信するときの例を示し、図２３に参照信号繰り返し単位でＯＦＤＭシンボルを繰り返し送信するときの例を示す。
図２２の例も、図２３の例もＯＦＤＭシンボル単位での繰り返し送信を行うため、ＯＦＤＭシンボル単位でのシンボル合成を行うことが可能である。
先に説明したとおり、本発明では、受信側で復調を行い、誤り訂正を行い、ＣＲＣ検査により、シンボルを繰り返しているかどうかを判定している。例えば図２２の例では、ＯＦＤＭシンボルを繰り返さないときと、繰り返すときでは参照信号の位置が変わる。このため、ＯＦＤＭシンボルを繰り返し送信した時に、受信側でＯＦＤＭシンボルが繰り返し送信されていないとみなして復調処理を行うときに、正しく復調できず、回線品質劣化時におけるシンボルの繰り返し送信時かどうかの判定において誤判定確率が増加する。
図２３の例では、参照信号の位置は、シンボルを繰り返すときと繰り返さないときで同じ位置になるため、シンボルの繰り返し送信時かどうかの判定において誤判定確率が増加しないという利点がある。
以上説明したとおり、本発明は、２次変調にＯＦＤＭ方式を用いている場合にも適用することが可能であり、第１の実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
なお、図１０～図１８、図２０、図２１等に示した無線通信装置の各部（各回路）は、その全てがハードウェアで構成されている必要はなく、無線通信装置に搭載されたプロセッサに、そのハードウェアを用いて、上記した各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に示したネットワーク構成、各要素の構成、メッセージの表現形態は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。また、以下の説明において、「Ａ及び／又はＢ」は、Ａ及びＢの少なくともいずれかという意味で用いる。
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
１０１ 回線品質推定回路
１０２ 変調回路
１０３、１０４ 周波数変換回路
１０５ 変調方式判定回路
１０６ 復調回路
１００１ 制御信号生成回路
１００２ 制御信号変調部
１００３ 主信号変調部
１００４ 送信シンボル列結合回路
１１０１ 受信シンボル列選択回路
１１０２ 制御信号復調部
１１０３ 主信号変調方式判定回路
１１０４ 主信号復調部
１２０１ ビット反転ＣＲＣ生成回路
１２０２ 誤り訂正符号生成回路
１２０３ 変調回路
１２０４ シンボルコピー回路
１３０１ ＣＲＣ生成回路
１３０２ 誤り訂正符号生成回路
１３０３ 変調回路
１３０４ シンボルコピー回路
１４０１ 復調回路
１４０２ 誤り訂正回路
１４０３ ＣＲＣ検査回路
１４０３ａ 検出回路
１４０４ シンボル合成回路
１４０５ 復調回路
１４０６ 誤り訂正回路
１４０７ ビット反転ＣＲＣ検査回路
１４０７ａ 第２の検出回路
１４０８ 受信データ選択回路
１５０１ 復調回路
１５０２ 誤り訂正回路
１５０３ ＣＲＣ検査回路
１５０４ ２倍シンボル合成回路
１５０５ 復調回路
１５０６ 誤り訂正回路
１５０７ ２倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路
１５０８ ４倍シンボル合成回路
１５０９ 復調回路
１５１０ 誤り訂正回路
１５１１ ４倍シンボル合成用ビット反転ＣＲＣ検査回路
１５１２ 受信データ選択回路
１６０１ シンボル合成回路
１６０２ 復調回路
１６０３ 誤り訂正回路
１６０４ ＣＲＣ検査回路
１７０１ ＣＲＣ生成回路
１７０２ ビット反転回路
１７０３ ＣＲＣ選択回路
１７０４ ビット結合回路
１８０１ ＣＲＣ生成回路
１８０２ ビット反転値選択回路
１８０３ ＸＯＲ回路
１８０４ ビット結合回路
２００１～２００４ フーリエ変換回路
２００５ シンボル合成回路
２００６ 復調回路
２００７ 誤り訂正回路
２００８ ＣＲＣ検査回路
２１０１ シンボル合成回路
２１０２ フーリエ変換回路
２１０３ 復調回路
２１０４ 誤り訂正回路
２１０５ ＣＲＣ検査回路

Claims (3)

  1. ＲＦ信号を周波数変換して受信シンボルにする周波数変換回路と、
    前記受信シンボルを用いて変調方式を判定する変調方式判定回路と、
    判定された変調方式を用いて前記受信シンボルを復調して受信データを生成する復調回路と、
    を備え、
    前記変調方式判定回路は、前記受信シンボルに含まれる制御信号のシンボル列を合成し、前記シンボル列に含まれる誤り検出符号がビット反転されていることを検出することにより、そのシンボル列が複数回送信されていることを判定する、
    無線通信システム。
  2. ＲＦ信号を周波数変換して受信シンボルにする周波数変換処理と、
    前記受信シンボルを用いて変調方式を判定する変調方式判定処理と、
    判定された変調方式を用いて前記受信シンボルを復調して受信データを生成する復調処理と、
    を含み、
    前記変調方式判定処理は、前記受信シンボルに含まれる制御信号のシンボル列を合成し、前記シンボル列に含まれる誤り検出符号がビット反転されていることを検出することにより、そのシンボル列が複数回送信されていることを判定する、
    無線通信方法。
  3. ＲＦ信号を周波数変換して受信シンボルにする周波数変換処理と、
    前記受信シンボルを用いて変調方式を判定する変調方式判定処理と、
    判定された変調方式を用いて前記受信シンボルを復調して受信データを生成する復調処理と、
    をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記変調方式判定処理は、前記受信シンボルに含まれる制御信号のシンボル列を合成し、前記シンボル列に含まれる誤り検出符号がビット反転されていることを検出することにより、そのシンボル列が複数回送信されていることを判定する、
    プログラム。
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