JPH10178411A - Transmitting and receiving method and its equipment - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2614—Peak power aspects
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、通信回線の高品
質化と複数の変調信号の多重により生じる合成信号のピ
ーク電力の低減化とを同時に実現する送受信方法及びそ
れを使った送受信装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission / reception method and a transmission / reception apparatus using the same to simultaneously improve the quality of a communication line and reduce the peak power of a composite signal generated by multiplexing a plurality of modulated signals.
【0002】[0002]
【従来の技術】将来の情報通信では、マルチメディアに
代表される画像、音声、又はデータベースなどをリアル
タイムで提供するサービスが考えられる。このようなサ
ービスを実現するために、情報伝送手段において回線の
高品質化及び情報伝送速度の高速化を実現することが必
須である。2. Description of the Related Art In the future information communication, a service that provides images, sounds, databases, and the like represented by multimedia in real time is considered. In order to realize such a service, it is essential for the information transmission means to realize high quality of the line and high information transmission speed.
【0003】回線の高品質化を実現する方法として、伝
送路上での信号エネルギーを増加する方法、伝送路符号
化を適用する方法、ダイバーシチ受信を適用する方法な
どがある。情報伝送速度の高速化を実現する方法とし
て、符号伝送速度の高速化を適用する方法、高能率変調
を適用する方法などがある。As a method of realizing high quality of a line, there are a method of increasing signal energy on a transmission path, a method of applying transmission path coding, a method of applying diversity reception, and the like. Methods for increasing the information transmission rate include a method for increasing the code transmission rate, a method for applying high-efficiency modulation, and the like.
【0004】回線の高品質化と情報伝送速度の高速化を
同時に満たす情報伝送手段として、いくつかの方法があ
り、回路技術の観点から誤り訂正を用いた並列伝送手段
が有効である。誤り訂正を用いることで所要Eb/N0 (情
報1bit当たりの電力対1Hz 当たりの雑音電力の比)を少
なくすることで、装置類の経済化及び回線容量の増加を
実現できる可能性がある。並列伝送を行うことで、単一
キャリア当たりの符号伝送速度を低くすることは、現状
の回路技術で実現できる可能性がある。[0004] There are several methods for simultaneously transmitting information of high quality and high information transmission speed, and a parallel transmission method using error correction is effective from the viewpoint of circuit technology. By using the error correction to reduce the required Eb / N0 (ratio of power per information bit to noise power per 1 Hz), it is possible to realize economical equipment and increased line capacity. Reducing the code transmission rate per single carrier by performing parallel transmission may be realized by current circuit technology.
【0005】誤り訂正の一例として、自動再送技術(Aut
omatic Repeat reQuest:ARQ)、誤り訂正(Forward Error
Correction:FEC)、などがある。並列伝送の一例とし
て、マルチキャリア伝送、符号分割多重多元接続(Code
Division Multiple Acess:CDMA)、直交周波数分割多
重(Orthogonal Frequency Division Multiplex:OFDM)な
どがある。As an example of error correction, an automatic retransmission technique (Aut
omatic Repeat reQuest: ARQ), error correction (Forward Error
Correction: FEC). Examples of parallel transmission include multicarrier transmission and code division multiplexing multiple access (Code
Division Multiple Access: CDMA) and Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】誤り訂正を用いた並列
伝送手段には、以下の問題点がある。第1に、誤り訂正
を用いることで伝送路上の信号帯域幅の拡大又は回線の
スループットの低下を招き、通信回線の有効利用の妨げ
になること、第2に、複数の変調信号の多重によりピー
ク電力が増加することである。このため、第1の問題点
と第2の問題点を解決するために、それぞれ個別に研究
がなされている。The parallel transmission means using error correction has the following problems. First, the use of error correction causes an increase in signal bandwidth on a transmission path or a reduction in line throughput, which hinders effective use of a communication line. Second, the multiplexing of a plurality of modulated signals causes a peak. The power is to increase. For this reason, studies have been individually made to solve the first problem and the second problem.
【0007】第1の問題点は、誤り訂正技術として盛ん
に研究されている。第2の問題点はピーク電力の低減方
法として研究されている。これまで、ピーク電力を低減
する方法とし、キャリアの初期位相を調整するもの(楢
橋祥一、野島俊雄;マルチトーン信号のピーク対平均電
力比(PAPR)を低減する初期位相設定方法;信学論B-II,N
o.11,pp.663-671,Nov.1995) 、可能性のある信号の組
み合わせを事前に探索して対策をとるもの(特表平6-50
4175,QAM通信システムにおけるピーク対平均電力比の軽
減方法)、ピーク電力を検出してピークを低減するよう
に信号を多重するもの(富里繁、鈴木博;包絡線平滑化
パラレル変復調方式;信学技法RCS95-77,Sept.1995)、
誤り訂正シンボルに相当する信号をピーク電力を抑圧す
るためのチャネルとして新たに伝送する方法(Wilkinso
n T.A., Jones A.E.,;Minimization of the peak to me
an envelope power ratio of multicarrier transmissi
onschemes by block coding; Proc. IEEE VTS pp.825-8
29,1995)、などが提案されている。これらの技術で
は、並列伝送するキャリア数が増大すること、任意の入
力信号に適用できないこと、などの問題があった。The first problem is being actively studied as an error correction technique. The second problem is being studied as a method of reducing peak power. Up to now, methods to reduce the peak power and adjust the initial phase of the carrier (Shoichi Narahashi, Toshio Nojima; Initial phase setting method to reduce the peak-to-average power ratio (PAPR) of multitone signals; IEICE B-II, N
o.11, pp.663-671, Nov.1995), search for possible signal combinations in advance and take countermeasures (Tokuhei Heihei 50
4175, Method of reducing peak-to-average power ratio in QAM communication system), multiplexing signals to detect peak power and reduce peak (Shigeru Tomisato, Hiroshi Suzuki; Envelope smoothing parallel modulation / demodulation method; IEICE) Technique RCS95-77, Sept. 1995),
A method of newly transmitting a signal corresponding to an error correction symbol as a channel for suppressing peak power (Wilkinso
n TA, Jones AE,; Minimization of the peak to me
an envelope power ratio of multicarrier transmissi
onschemes by block coding; Proc.IEEE VTS pp.825-8
29, 1995). These techniques have problems such as an increase in the number of carriers to be transmitted in parallel and an inapplicability to any input signal.
【0008】この発明の第1の目的は、入力信号の統計
的性質に依存することなく、又は並列伝送でのチャネル
を増加することなくピーク電力を低減できる送受信方法
及びそれを使った送受信装置を提供することである。こ
の発明の第2の目的は、並列伝送における通信回線の高
品質化を実現する送受信方法及びそれを使った送受信装
置を提供することである。A first object of the present invention is to provide a transmission / reception method and a transmission / reception apparatus using the same, which can reduce peak power without depending on statistical properties of input signals or without increasing channels in parallel transmission. To provide. A second object of the present invention is to provide a transmission / reception method for realizing a high quality communication line in parallel transmission and a transmission / reception apparatus using the same.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明の第1の観点に
よれば、送信装置は、Nチャネルの並列ディジタル信号
をそれぞれ変調する変調手段と、Nは2又はそれより大
の任意の整数であり、上記変調手段の出力であるNチャ
ネルの変調信号に対し、変換出力間の相互相関が低減す
るように正規直交変換を行って、変換されたNチャネル
の信号を出力する正規直交変換手段と、を含む。According to a first aspect of the present invention, a transmitting apparatus includes a modulating means for modulating N-channel parallel digital signals, and N is an integer of 2 or more. An orthonormal transform unit that performs an orthonormal transform on the N-channel modulated signal output from the modulating unit so as to reduce the cross-correlation between the converted outputs, and outputs a converted N-channel signal; ,including.
【0010】この発明の第2の観点によれば、受信装置
は、N伝送チャネルからNチャネルの信号を受信し、そ
れら受信したNチャネルの信号に対して上記正規直交変
換と逆の変換を行って、対応するNチャネルの変調信号
を出力する逆正規直交変換手段と、上記逆正規直交変換
手段の出力のNチャネルの変調信号を復調してNチャネ
ルのディジタル信号を出力する復調手段と、を含む。[0010] According to a second aspect of the present invention, a receiving apparatus receives N-channel signals from N transmission channels, and performs an inverse transform of the orthonormal transform on the received N-channel signals. And inverse demodulation means for outputting a corresponding N-channel modulated signal, and demodulation means for demodulating the N-channel modulated signal output from the inverse orthonormal transform means and outputting an N-channel digital signal. Including.
【0011】この発明の第3の観点によれば、送受信方
法は以下のステップを含む: (a) 送信側において、Nチャネルの変調信号に対して、
変換出力された信号間の相互相関が低減するように正規
直交変換を行い、Nチャネルの変換信号を生成し、N伝
送チャネルの送出し、(b) 受信側でNチャネルの受信信
号を得、それら受信信号に対して、前記正規直交変換と
は逆の変換を行いNチャネルの変調信号を得て、(c) 上
記Nチャネルの変調信号を復調してNチャネルのディジ
タル信号を得る。According to a third aspect of the present invention, a transmitting / receiving method includes the following steps: (a) On the transmitting side, for an N-channel modulated signal,
Perform orthonormal transform so as to reduce the cross-correlation between the converted and output signals, generate an N-channel converted signal, send out N transmission channels, (b) obtain an N-channel received signal on the receiving side, The received signals are converted in the reverse order from the above-described orthonormal transform to obtain N-channel modulated signals. (C) The N-channel modulated signals are demodulated to obtain N-channel digital signals.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1に、第1の観点によるこの発
明の原理を説明するために、この発明を適用してない従
来の送信装置の基本構成を示す。この例では各チャネル
の入力信号はビット列であり、変調器11i によりQP
SK変調されて複素ベースバンド信号v(Ia,Qa)とされる
場合を示している。Nチャネルの入力信号は変調部11
を構成するN個の変調器110〜11N-1でそれぞれ変調
され、i番目のチャネルの変調信号Ui(Ia,Qa) とされ、
これらNチャネル変調信号は、複素加算部12で合成さ
れ、複素合成信号Ut(Ia,Qa) が得られる。Nチャネルの
入力信号はそれぞれ互いに独立した信号であってもよい
し、1つのシリアル信号をパラレルに変換して得た信号
であってもよい。FIG. 1 shows a basic configuration of a conventional transmitting apparatus to which the present invention is not applied in order to explain the principle of the present invention from a first viewpoint. Input signals of the channels in this example is a bit string, QP by the modulator 11 i
The figure shows a case where the complex baseband signal v (Ia, Qa) is modulated by SK modulation. The N-channel input signal is output from the modulation unit 11
Are modulated by the N modulators 11 0 to 11 N−1 forming a modulated signal U i (Ia, Qa) of the i-th channel, respectively.
These N-channel modulated signals are combined in the complex adder 12, and a complex combined signal U t (Ia, Qa) is obtained. The N-channel input signals may be mutually independent signals, or may be signals obtained by converting one serial signal into parallel.
【0013】図2は、図1においてチャネル数N=4の
場合の各変調器110〜11N-1の出力の変調信号、ここ
では複素ベースバンド信号(Ia,Qa) と複素加算部12の
出力の複素合成信号Ut(It,Qt) を複素平面で示してい
る。各変調信号の位相はπ/4,3π/4, 5π/4, 7π/4 の
いずれかを取り、全て同じ振幅を有しているが、これら
の合成である複素合成信号Ut(It,Qt) の振幅値は、各変
調器出力の複素ベースバンド信号の組み合わせにより異
なり、理論的振幅の最大値は4,最小値はゼロとなる。
N=4の場合における全ての変調器出力の複素ベースバ
ンド信号の組み合わせにより求めた複素合成信号の振幅
値を図3に示す。この図3から、複素合成信号の最大振
幅値が4であり、最小振幅値がゼロであることが追認で
きる。FIG. 2 shows a modulation signal output from each of the modulators 11 0 to 11 N -1 when the number of channels is N = 4 in FIG. 1, that is, a complex baseband signal (Ia, Qa) and a complex adder 12. The complex composite signal Ut (It, Qt) of the output is shown on the complex plane. The phase of each modulated signal takes one of π / 4, 3π / 4, 5π / 4, and 7π / 4, and all have the same amplitude, but a complex composite signal Ut (It, Qt ) Differs depending on the combination of the complex baseband signals output from the respective modulators. The maximum value of the theoretical amplitude is 4, and the minimum value is 0.
FIG. 3 shows the amplitude value of the complex composite signal obtained by combining the complex baseband signals of all the modulator outputs when N = 4. From FIG. 3, it can be confirmed that the maximum amplitude value of the complex composite signal is 4, and the minimum amplitude value is zero.
【0014】図4は第1の観点によるこの発明の基本原
理を説明するための、図1に対応した複素信号合成装置
を示す。図1と同様に、Nチャネルの入力信号を変調す
るN個の変調器110〜11N-1から成る変調部11と、
Nチャネルの変調信号、この例では複素ベースバンド信
号、を複素合成する複素加算部12が設けられている。
図1の従来技術との相違点は、変調器110〜11N-1と
複素加算部12との間に複素正規直交変換部13が設け
られていることである。複素正規直交変換部13は、N
チャネルの変調信号u0(t)〜uN-1(t)を入力してNチャネ
ルの変換出力v0(t)〜vN-1(t)間の相互相関が小さくなる
ように出力する。それによって複素加算部12の複素合
成信号のピーク電力が小さくなるようにしている。FIG. 4 shows a complex signal synthesizer corresponding to FIG. 1 for explaining the basic principle of the present invention according to the first aspect. Similar to FIG. 1, a modulation section 11 of N modulators 11 0 to 11 N-1 for modulating an input signal of N-channel,
A complex adder 12 for complex-combining an N-channel modulated signal, in this example, a complex baseband signal, is provided.
1 in that a complex orthonormal transform unit 13 is provided between modulators 11 0 to 11 N−1 and a complex adder 12. The complex orthonormal transform unit 13 calculates N
And outputs as the cross-correlation between channels of modulated signals u 0 (t) ~u N- 1 (t) to input N-channel conversion output v of 0 (t) ~v N-1 (t) becomes smaller . As a result, the peak power of the complex composite signal of the complex adder 12 is reduced.
【0015】図5Aは、図4のN=4における複素正規
直交変換部13の出力の変換信号vi(Ib,Qb) を複素平面
に示している。変調信号は複素正規直交変換を受けた結
果、振幅は必ずしも一定とならず、また、位相も(2n+1)
π/4となるとは限らない。従って、図2の複素ベースバ
ンド信号と比べて、変換信号の振幅値が異なる。変換信
号の複素合成信号を図5Bに示す。図5Bは、図1,2
の従来の複素合成信号Ut(It,Qt) と本発明の原理に基づ
く複素合成信号軌跡Vt(It,Qt) を示している。この発明
による複素合成信号のピーク電力は従来の技術による複
素合成信号のピーク電力より小さくなる。FIG. 5A shows a converted signal v i (Ib, Qb) output from the complex orthonormal transform unit 13 when N = 4 in FIG. 4 on a complex plane. As a result of the complex orthonormal transform, the amplitude of the modulated signal is not always constant, and the phase is also (2n + 1)
It is not always π / 4. Accordingly, the amplitude value of the converted signal is different from that of the complex baseband signal of FIG. FIG. 5B shows a complex composite signal of the converted signal. FIG. 5B corresponds to FIGS.
2 shows a complex composite signal Ut (It, Qt) of the related art and a complex composite signal locus Vt (It, Qt) based on the principle of the present invention. The peak power of the complex composite signal according to the present invention is smaller than the peak power of the complex composite signal according to the prior art.
【0016】複素正規直交変換部13に用いる正規直交
基底として、ウォルッシュ・アダマール変換(Walsh-Ha
damard Transform; WHT)基底とカーネン・リーベン変換
(Karhunen-Loeve Transform; KLT)基底の近似である離
散コサイン変換(Discrete Cosin Transfom; DCT) 基底
を使用し、図4のN=4の場合における全ての変調器出
力の複素ベースバンド信号の組み合わせにより、複素合
成信号の振幅値を求めた結果をそれぞれそれを図6と図
7に示す。図6はDCT基底の例であり、図7はWHT
基底の例である。WHT基底の例では、複素合成信号の
振幅値は2.0である。DCT基底の例では、図6に示す
ように複素合成信号の振幅値は最小値1.0から最大値3.
0まで変動している。DCT基底の例から実際に使用す
る正規直交基底により、複素合成信号の振幅値に変動を
生じる場合がある。これはDCT基底がKLT基底を近
似しているため、振幅値に変動を生じる。As an orthonormal basis used in the complex orthonormal transform unit 13, Walsh-Hadamard transform (Walsh-Ha
Using the discrete cosine transform (DCT) basis, which is an approximation of the damard transform (WHT) basis and the Karhunen-Loeve Transform (KLT) basis, all of the N = 4 cases in FIG. FIGS. 6 and 7 show the results of obtaining the amplitude value of the complex composite signal by combining the complex baseband signals output from the modulator. FIG. 6 is an example of a DCT basis, and FIG.
Here is an example of a basis. In the example of the WHT basis, the amplitude value of the complex composite signal is 2.0. In the example of the DCT basis, as shown in FIG. 6, the amplitude value of the complex composite signal is from the minimum value 1.0 to the maximum value 3.
It fluctuates to zero. The amplitude value of the complex composite signal may fluctuate due to the orthonormal basis actually used from the example of the DCT basis. This causes a fluctuation in the amplitude value because the DCT base approximates the KLT base.
【0017】本発明の信号処理では図7の場合のよう
に、複数の変調波を多重することで生じるピーク電力は
各変調波の平均電力の和と同じになる。即ち、信号のピ
ークは生じない。次に、第2の観点によるこの発明の分
散伝送により得られる誤り訂正効果の原理を説明する。
図8は、本発明による分散伝送の原理を示している。こ
こでは、説明の都合上マルチキャリア伝送を前提として
いる。従来は、各伝送チャネルごとに独立した情報を伝
送していたのに対して、変調器11の出力のNチャネル
の変調信号u0(t)〜uN-1(t)を本発明による正規直交変換
部により正規直交変換後の各伝送チャネルの信号vi(t)
には、図8に模式的に示すように変換前のNチャネルの
変調信号u0(t)〜uN-1(t)が重畳される。従って、従来の
マルチキャリア伝送と比較をすると、Nチャネルの伝送
路のいずれか1つ又は複数でフェージングにより信号が
部分的に欠落しても、残りの伝送チャネルの信号を使っ
て逆正規直交変換部22により送信信号をある程度復元
することが可能である。この効果は、一般的な誤り訂正
符号を用いて伝送特性を改善することと同じである。従
って、この発明の分散伝送により、一種の誤り訂正効果
がある。In the signal processing of the present invention, as shown in FIG. 7, the peak power generated by multiplexing a plurality of modulated waves is equal to the sum of the average power of each modulated wave. That is, no signal peak occurs. Next, the principle of the error correction effect obtained by the distributed transmission of the present invention according to the second aspect will be described.
FIG. 8 shows the principle of distributed transmission according to the present invention. Here, multicarrier transmission is assumed for convenience of explanation. Conventionally, independent information is transmitted for each transmission channel, whereas the N-channel modulated signals u 0 (t) to u N-1 (t) of the output of the modulator 11 are normalized according to the present invention. Signal v i (t) of each transmission channel after orthonormal transform by orthogonal transform unit
, N-channel modulated signals u 0 (t) to u N-1 (t) before conversion are superimposed as schematically shown in FIG. Therefore, when compared with the conventional multi-carrier transmission, even if a signal is partially lost due to fading in one or more of the N-channel transmission paths, inverse orthonormal transform is performed using the remaining transmission channel signals. The transmission signal can be restored to some extent by the unit 22. This effect is the same as improving transmission characteristics using a general error correction code. Therefore, the distributed transmission according to the present invention has a kind of error correction effect.
【0018】前記の正規直交変換部の分散伝送の結果と
して得られる周波数ダイバーシチ効果について説明す
る。複数チャネルの変調器のキャリアの周波数を互いに
大きく離すことにより、周波数選択性フェージングによ
り欠落するチャネル数は少なくできるので、前述のよう
に残りのチャネルで復元することができる。従って、伝
送路の周波数選択性フェージングによる伝送品質の劣化
を防ぐことができる。A description will be given of the frequency diversity effect obtained as a result of the distributed transmission of the above-described orthonormal transform unit. By making the frequencies of the carriers of the modulators of a plurality of channels far apart from each other, the number of missing channels due to frequency selective fading can be reduced, and thus the rest of the channels can be restored as described above. Therefore, it is possible to prevent the transmission quality from deteriorating due to the frequency selective fading of the transmission path.
【0019】次に、上記の定性的な説明を数式を用いて
定量的に説明する。図9Aは送信装置100 へ適用された
この発明の実施例を示している。変調器11は一つもし
くは複数存在する。正規直交変換部13は、変調信号の
多重数と同じ入力信号数Nと出力信号数Nを持つ。正規
直交変換部13の動作を数学的に表現すると正規直交変
換行列で記述される。本発明では、正規直交変換前と正
規直交変換後の送信信号の平均電力を一定に保持するた
め、正規直交基底による正規直交変換部を用いる。時刻
tにおける正規直交変換部への入力信号ベクトルをu
(t) ,i番目の伝送チャネルにおける複素ベースバンド
信号をui(t) (i=0,1,…,N-1),正規直交変換部で実現さ
れるN×N正規直交変換行列をA,その複素数の要素
(i,j) をaij,正規直交基底ベクトルをai, 直交変換
部出力ベクトルをv(t) ,i番目の伝送チャネルにお
ける複素出力信号をvi(t) , Tを転置を表すものとする
と、 u(t)= [u0(t)u1(t)…uN-1(t)]T (1)Next, the above qualitative explanation will be explained quantitatively using mathematical expressions. FIG. 9A shows an embodiment of the present invention applied to the transmitting apparatus 100. One or more modulators 11 exist. The orthonormal transformer 13 has the same number N of input signals and the number N of output signals as the number of multiplexed modulated signals. When the operation of the orthonormal transform unit 13 is mathematically expressed, it is described by an orthonormal transform matrix. In the present invention, an orthonormal transform unit using an orthonormal basis is used in order to keep the average power of the transmission signal before the orthonormal transform and after the orthonormal transform constant. The input signal vector to the orthonormal transform unit at time t is u
(t), u i (t) (i = 0,1,..., N−1) the complex baseband signal in the i-th transmission channel, and the N × N orthonormal transform matrix realized by the orthonormal transform unit. A, the element of the complex number
(i, j) represents a ij , the orthonormal basis vector a i , the orthogonal transformation unit output vector v (t), the complex output signal in the ith transmission channel v i (t) , and T the transpose Then, u (t) = [u 0 (t) u 1 (t)… u N-1 (t)] T (1)
【0020】[0020]
【数3】 (Equation 3)
【0021】 ai =(ai0 ai1 … aiN-1) (3) v(t)=[v0(t)v1(t)…vN-1(t)]T (4) v(t) =Au(t) (5) 式(2) の正規直交変換行列Aは以下の性質を持つ。 Σn=0 N-1 aina* jn=δij (6) AAH =AHA=E (7) |v(t)|2 =Σn=0 N-1ρ2 n(t) (8) |u(t)|2 =|v(t)|2 (9) ここで、δijはi=jのとき1,i≠jのとき0をと
る。Hは複素共役転置、*は複素共役、Eは単位行列、
ρ2 n(t) はn番目の出力信号vn(t) の時刻tにおける絶
対値の2乗である。入力信号ベクトルu(t) は、正規
直交変換行列Aにより出力信号ベクトルv(t) に変
換される。式(9) から変換前と変換後の信号の電力は保
存される。ここで、多重部14への入力信号間の相互相
関係数を低減するように、入力信号un(t) を正規直交変
換行列で変換する。A i = (a i0 a i1 ... A iN-1 ) (3) v (t) = [v 0 (t) v 1 (t)... V N-1 (t)] T (4) v (t) = Au (t) (5) The orthonormal transformation matrix A in the equation (2) has the following properties. Σ n = 0 N-1 a in a * jn = δ ij (6) AA H = A H A = E (7) | v (t) | 2 = Σ n = 0 N-1 ρ 2 n (t) (8) | u (t) | 2 = | v (t) | 2 (9) Here, δ ij is 1 when i = j and 0 when i ≠ j. H is the complex conjugate transpose, * is the complex conjugate, E is the identity matrix,
ρ 2 n (t) is the square of the absolute value of the n-th output signal v n (t) at time t. The input signal vector u (t) is converted into an output signal vector v (t) by an orthonormal transformation matrix A. From equation (9), the power of the signal before and after conversion is preserved. Here, the input signal u n (t) is transformed by an orthonormal transform matrix so as to reduce the cross-correlation coefficient between the input signals to the multiplexing unit 14.
【0022】本発明による複素正規直交変換部13によ
る出力信号ベクトルの要素の直交性を示す。出力信号ベ
クトルv(t) の相関行列をRvv(t) とすると、 Rvv(t) =v(t)vH(t) =Au(t)uH(t)AH =ARuu(t)AH (10) ここで、Ruu(t) は入力信号ベクトルu(t) の相関
行列である。一般に非負定値の実対称行列であるRuu
(t) は、適当な直交変換により正の要素をもつ対角行列
Rvv(t) に変換することができる。即ち、式(11)とな
る。The orthogonality of the elements of the output signal vector by the complex orthonormal transform unit 13 according to the present invention will be described. When the output signal vector v the correlation matrix of the (t) and R vv (t), R vv (t) = v (t) v H (t) = Au (t) u H (t) A H = AR uu ( t) A H (10) where R uu (t) is a correlation matrix of the input signal vector u (t). In general, a non-negative definite real symmetric matrix R uu
(t) can be converted into a diagonal matrix R vv (t) having positive elements by an appropriate orthogonal transformation. That is, equation (11) is obtained.
【0023】[0023]
【数4】 (Equation 4)
【0024】ある時点における多重される変調信号間の
相互相関を低減すれば、多重後のピーク電力を低減でき
る。これについては後述する。次に、正規直交変換部1
3で実現されるN×N正規直交変換行列を実現する回路構
成を図10Aに示す。図のように、正規直交変換行列
は、正規直交基底の係数aij を乗算する乗算器1Mi,j (i
=0,1,…,N-1; j=0,1,…,N-1)と加算器1A0,…,1AN -1から
成り立つ。第iチャネルの加算器1Ai は係数ai,0,…,a
i,N-1による重み付けされた入力信号u0(t)〜uN-1(t)を
加算し、出力信号vi(t) を得る。行列の要素である係数
a0,0,…,aN-1,N-1を適当に選ぶことにより、正規直交変
換を行う。この様な数値演算はコンピュータで実現可能
である。コンピュータによって、行列の計算を数式的に
実行することも可能である。If the cross-correlation between the multiplexed modulated signals at a certain time is reduced, the peak power after the multiplexing can be reduced. This will be described later. Next, the orthonormal transform unit 1
FIG. 10A shows a circuit configuration for realizing the N × N orthonormal transform matrix realized in No. 3. As shown, the orthonormal transformation matrix multiplier 1M i for multiplying the coefficients a ij of orthogonal bases, j (i
= 0,1, ..., N-1 ; j = 0,1, ..., N-1) adders 1A 0, ..., it consists of 1A N -1. The adder 1A i of the i-th channel has coefficients a i, 0 ,.
The input signals u 0 (t) to u N−1 (t) weighted by i, N−1 are added to obtain an output signal v i (t). Coefficients of matrix elements
Perform orthonormal transformation by appropriately selecting a 0,0 ,..., a N−1, N−1 . Such a numerical operation can be realized by a computer. The calculation of the matrix can be performed mathematically by a computer.
【0025】正規直交変換された出力信号v(t) は、
多重部14で1つのキャリアに多重化され、伝送路を経
て図8Bの受信装置200 に送られる。送信された多重化
信号は一般に伝送路で雑音が付加される。低域通過フィ
ルタで帯域制限された受信信号ベクトルをy(t) ,伝
送路の雑音ベクトルをn(t) とすると、受信装置200
へ入力される受信信号ベクトルy(t) は次式で表され
る。The output signal v (t) that has undergone the orthonormal transform is
The signal is multiplexed into one carrier by the multiplexing unit 14 and transmitted to the receiving apparatus 200 of FIG. 8B via a transmission path. Generally, noise is added to a transmitted multiplex signal on a transmission path. Assuming that the received signal vector band-limited by the low-pass filter is y (t) and the noise vector of the transmission path is n (t), the receiving apparatus 200
The received signal vector y (t) input to the signal is represented by the following equation.
【0026】 y(t) =v(t)+n(t) =Au(t)+n(t) (12) 受信装置は、検波部27と、図9Aにおける正規直交変
換部13に対応する逆正規直交変換部22と、復調部2
3とを備える。逆正規直交変換部22は式(2)の逆行列
で表される変換を行う。逆正規直交変換部22の出力信
号ベクトルをz(t) ,その要素を複素数zn(t) とする
と、 z(t) =[z0(t)z1(t)z2(t)…zN-1(t)]T (13) z(t) =AHy(t) =AH(Au(t)+n(t) ) =u(t)+AHn(t) (14) である。逆正規直交変換部22により、式(14)から変調
信号ベクトルu(t) を得ることができる。Y (t) = v (t) + n (t) = Au (t) + n (t) (12) The receiving apparatus comprises a detector 27 and an inverse normal corresponding to the orthonormal transformer 13 in FIG. 9A. Orthogonal transform unit 22 and demodulation unit 2
3 is provided. The inverse orthonormal transform unit 22 performs a conversion represented by an inverse matrix of Expression (2). Assuming that the output signal vector of the inverse orthonormal transform unit 22 is z (t) and its element is a complex number z n (t), z (t) = [z 0 (t) z 1 (t) z 2 (t). z N-1 (t)] T (13) z (t) = A H y (t) = A H (Au (t) + n (t)) = u (t) + A H n (t) (14) It is. The inverse orthonormal transform unit 22 can obtain a modulation signal vector u (t) from Expression (14).
【0027】逆正規直交変換部22で実現されるN×N逆
正規直交変換行列を実現する回路構成を図10Bに示
す。図のように、逆正規直交変換行列は、逆正規直交基
底の係数aij を乗算する乗算器2Mi,j (i=0,1,…,N-1; j
=0,1,…,N-1)と、加算器2A0,…,2AN-1とから成り立つ。
第iチャネルの加算器2Ai は係数a* i,0,…,a* i,N-1によ
る重み付けされた入力信号u0(t)〜uN-1(t)を加算し、出
力信号vi(t) を得る。係数a* i,j は係数ai,jの複素共役
である。行列の要素である係数a* 0,0,…,a* N-1,N -1を適
当に選ぶことにより、逆正規直交変換を行う。この様な
数値演算はコンピュータで実現可能である。コンピュー
タによって、行列の計算を数式的に実行することも可能
である。FIG. 10B shows a circuit configuration for realizing an N × N inverse orthonormal transform matrix realized by the inverse orthonormal transform unit 22. As shown in the figure, the inverse orthonormal transform matrix is a multiplier 2M i, j (i = 0,1,..., N−1; j) that multiplies the coefficient a ij of the inverse orthonormal base.
= 0,1, ..., N-1 ) and the adder 2A 0, ..., it consists of 2A N-1 Tokyo.
Adder 2A i of the i channel coefficient a * i, 0, ..., a * i, adds the input signal weighted by the N-1 u 0 (t) ~u N-1 (t), the output signal Get v i (t). The coefficient a * i, j is the complex conjugate of the coefficient ai, j . Coefficients a * 0,0 are elements of the matrix, ..., by appropriately selecting the a * N-1, N -1 , performs inverse orthonormal transform. Such a numerical operation can be realized by a computer. The calculation of the matrix can be performed mathematically by a computer.
【0028】式(14)の雑音ベクトルは、逆正規直交変換
部22による逆行列をかけあわせたベクトルに変換され
る。変換された雑音ベクトルは、n(t) の逆正規直交
変換ベクトルである。即ち、式(15)となる。 〈[AHn(t)]HAHn(t)〉=〈nH(t)AAHn(t)〉 =〈nH(t)n(t)〉=Σn=0 N-1σ2 n (15) ここで、〈 〉は時間平均、σ2 n はn番目の伝送チャ
ネルの雑音ベクトルの分散である。式(14)の逆正規直交
変換された雑音ベクトルの分散は、変換以前の雑音ベク
トルの時刻tにおける分散と同じである。従って、理想
的な静的伝送路において逆正規直交変換手段による伝送
特性の劣化は生じない。逆正規直交変換された各チャネ
ルの受信信号zi(t) は復調部23で復調され、送信した
ディジタル信号が得られる。The noise vector of the equation (14) is converted into a vector obtained by multiplying the noise vector by the inverse orthonormal transform unit 22. The transformed noise vector is an n (t) inverse orthonormal transform vector. That is, equation (15) is obtained. <[A H n (t) ] H A H n (t)> = <n H (t) AA H n (t)> = <n H (t) n (t)> = Σ n = 0 N- 1 σ 2 n (15) where <> is the time average, and σ 2 n is the variance of the noise vector of the n-th transmission channel. The variance of the noise vector subjected to the inverse orthonormal transform in Expression (14) is the same as the variance at time t of the noise vector before the conversion. Therefore, in the ideal static transmission path, the transmission characteristics do not deteriorate due to the inverse orthonormal transform means. The received signal z i (t) of each channel subjected to the inverse orthonormal transform is demodulated by the demodulation unit 23 to obtain a transmitted digital signal.
【0029】なお、図9A,9Bにおいて、場合によっ
ては多重部14及び検波部21を削除し、正規直交変換
部13の出力の変調信号をベースバンドのままNチャネ
ルの伝送路に送信し、逆正規直交変換部22で受信して
もよい。また、図9A,9Bにおいて点線で示すよう
に、変調器11の入力側に直列・並列変換器15を設け
る場合もあり、また復調部23の出力側に並列・直列変
換器24を設ける場合もある。In FIGS. 9A and 9B, the multiplexing unit 14 and the detection unit 21 may be deleted in some cases, and the modulated signal output from the orthonormal transform unit 13 is transmitted to the N-channel transmission path without changing the baseband. The data may be received by the orthonormal transform unit 22. 9A and 9B, the serial / parallel converter 15 may be provided on the input side of the modulator 11 and the parallel / serial converter 24 may be provided on the output side of the demodulation unit 23. is there.
【0030】送信フィルタを用いた場合における伝送帯
域の制限について説明する。図11Aは図9Aの送信装
置の変調器110〜11N-1の出力側にチャネル間の干渉
を防ぐための送信フィルタ150〜15N-1をそれぞれ設
けた構成とされている。各送信フィルタ15i は予め決
められている伝送帯域制限を行う。各送信フィルタ15
i のM次複素インパルス応答h,時刻M前まで遡るチ
ャネルiの送信フィルタ15i の入力ベクトルU
i(t),送信フィルタ出力をU'(t)とする。The limitation of the transmission band when using the transmission filter will be described. Figure 11A is a structure in which each transmission filter 15 0 ~15 N-1 for preventing interference between channels on the output side of the modulator 11 0 ~11 N-1 of the transmitter of FIG. 9A. Each transmission filter 15 i performs a predetermined transmission band limitation. Each transmission filter 15
i, the M-th complex impulse response h, the input vector U of the transmission filter 15 i of the channel i going back to the time M
i (t), and the output of the transmission filter is U ′ (t).
【0031】 h=[h0 h1 h2 …hM-1]T (16) Ui(t)=[ui(t),ui(t-1),ui(t-2),…,ui(t−M+1)]T (17) U'(t) =[u'0(t),u'1(t),u'2(t),…,u'N-1(t)]T (18) u'i(t) =hHUi(t) (19) 式(19)より、送信フィルタ15i の出力ベクトルu'i
(t) は、送信フィルタのインパルス応答hにより帯域
制限される。式(19)の送信フィルタ出力ベクトルu'i
(t) を本発明の正規直交変換部13に入力する。正規直
交変換部13の出力ベクトルv(t) は以下となる。H = [h 0 h 1 h 2 ... H M-1 ] T (16) U i (t) = [u i (t), u i (t-1), u i (t-2) ,…, U i (t−M + 1)] T (17) U '(t) = [u' 0 (t), u '1 (t), u' 2 (t), ..., u 'N-1 (t)] T (18) u ′ i (t) = h H U i (t) (19) From equation (19), the output vector u ′ i of the transmission filter 15 i
(t) is band-limited by the impulse response h of the transmission filter. The transmission filter output vector u ′ i of equation (19)
(t) is input to the orthonormal transform unit 13 of the present invention. The output vector v (t) of the orthonormal transform unit 13 is as follows.
【0032】 v(t) = AU'(t) (20) i番目のチャネルに着目すると、 vi(t) =Σn=0 N-1ainu'n(t) (21) 式(21)のu'n(t)は式(19)により帯域制限されている。ま
た、正規直交変換部13に設定される正規直交行列A
の要素ainは周波数を変数に含まない係数である。従っ
て、式(21)の正規直交変換部13のiチャネルの出力vi
(t) の帯域は、送信フィルタ120 〜12N-1 の全出力
の集合u'n(t)(n=0,…,N-1)と同じである。よって、本
発明による正規直交変換部13により信号を変換しても
伝送帯域の拡大、縮小の不都合は生じない。V (t) = AU ′ (t) (20) Focusing on the i-th channel, v i (t) = Σ n = 0 N−1 a in u ′ n (t) (21) U ′ n (t) in 21) is band-limited by equation (19). Also, the orthonormal matrix A set in the orthonormal transform unit 13
The elements a in a coefficient which does not include a frequency in the variable. Therefore, the i-channel output v i of the orthonormal transform unit 13 in equation (21)
The band of (t) is the same as the set u ′ n (t) (n = 0,..., N−1) of all outputs of the transmission filters 12 0 to 12 N−1 . Therefore, even if the signal is converted by the orthonormal transform unit 13 according to the present invention, the inconvenience of expanding and reducing the transmission band does not occur.
【0033】図11Bに示す受信装置は、図9Bの受信
装置と同様に検波部21、逆正規直交部22、復調部2
3(復調器230〜23N-1)を有する。図11Bにおい
ては、更に、受信フィルタ250〜25N-1が逆正規直交
変換部22の各チャネルの出力と復調部23との間に設
けられる。受信フィルタ250〜25N-1は図10Aの送
信フィルタ150〜15N-1と同じ複素インパルス応答特
性をもつ。逆正規直交変換部22の出力ベクトルz
(t) は次式 z(t)=[z0(t),z1(t),z2(t),…,zN-1(t)]T (22) で表される。i番目のチャネルの逆正規直交変換部22
の出力信号zi(t) は以下となる。The receiver shown in FIG. 11B has a detector 21, an inverse orthonormal unit 22, and a demodulator 2 similar to the receiver shown in FIG. 9B.
3 having (demodulator 23 0 ~23 N-1). In FIG. 11B, reception filters 25 0 to 25 N−1 are further provided between the output of each channel of the inverse orthonormal transform unit 22 and the demodulation unit 23. Receiving filter 25 0 ~25 N-1 has the same complex impulse response and the transmit filter 15 0 ~15 N-1 in FIG. 10A. Output vector z of the inverse orthonormal transform unit 22
(t) is represented by the following equation: z (t) = [z 0 (t), z 1 (t), z 2 (t),..., z N−1 (t)] T (22) Inverse orthonormal transform unit 22 of the i-th channel
Output signal z i (t) is as follows.
【0034】 z(t)=AHy(t)=u(t)+AHn(t) (23) zi(t) =Σn=0 N-1 a* inyn(t) (24) ここで、i番目のチャネルの受信フィルタ出力をz'
i(t),時刻M前まで遡ったチャネルi番目の受信フィル
タ入力信号ベクトルZi(t)とすると、 Zi(t)=[zi(t),zi(t-1),zi(t-2),…,zi(t-M+1)]T (25) z'i(t) =hHZi(t) (26) 式(26)により、受信フィルタ出力信号z'i(t)は、受信フ
ィルタのインパルス応答hで帯域制限される。Z (t) = A H y (t) = u (t) + A H n (t) (23) z i (t) = Σ n = 0 N−1 a * in y n (t) ( 24) Here, the output of the reception filter of the i-th channel is z ′
i (t), when the time M before to back channels i-th receiving filter input signal vector Z i (t), Z i (t) = [z i (t), z i (t-1), z i (t-2), ... , z i (t-M + 1)] T (25) z 'i (t) = h H Z by i (t) (26) equation (26), the reception filter output signal z ′ i (t) is band-limited by the impulse response h of the reception filter.
【0035】このように、本発明の正規直交変換部入力
信号の前に送信フィルタを配置し、逆正規直交変換部の
後に受信フィルタを配置することで、送信フィルタと受
信フィルタをルートロールオフフィルタとして使用する
ことが可能である。また、本発明の正規直交変換行列
は、式(5),(6),(7),(9) を満たせばよい。このため、複
数の正規直交変換行列を使用することができる。この正
規直交変換行列を他ユーザに秘密とすると、通信の秘匿
性が向上する。As described above, the transmission filter is arranged before the input signal of the orthonormal transform unit of the present invention, and the reception filter is arranged after the inverse orthonormal transform unit. It can be used as Further, the orthonormal transform matrix of the present invention only needs to satisfy Expressions (5), (6), (7), and (9). Therefore, a plurality of orthonormal transform matrices can be used. When this orthonormal transform matrix is kept secret from other users, the confidentiality of communication is improved.
【0036】次に、正規直交変換部の特性の具体例を示
す。正規直交変換部としてDCT基底とWHT基底を用
いた場合のピーク電力低減効果と静的通信路に対する伝
送特性を示す。図12はピーク電力を計算機シミュレー
ションで検討したこの発明の送信装置のブロック図であ
る。入力ディジタル信号は直列・並列変換器15でNチ
ャネルの並列ディジタル信号に変換した後、変調器11
0〜11N-1でQPSK変調し、正規直交変換部13で正
規直交変換を行い、その変換出力を加算部12で加算し
て送信する。図13は、正規直交変換部13でDCT基
底を用いた正規直交変換を行う場合と、WHT基底を用
いて正規直交変換を行う場合のピーク電力低減効果を計
算機シミュレーションで検討した結果を示す。横軸はキ
ャリア数(多重数)Nを示し、縦軸はピーク対平均電力
比を示す。図から明らかなように、おおむねDCT基底
及びWHT基底を用いることにより、ピーク対平均電力
比(Peak to Average Power Ratio; PAPR)を8キャリア
多重時に4.5dBにすることができる。Next, specific examples of the characteristics of the orthonormal transform unit will be described. The peak power reduction effect when a DCT base and a WHT base are used as the orthonormal transform unit and transmission characteristics for a static communication channel are shown. FIG. 12 is a block diagram of the transmitting apparatus of the present invention in which the peak power has been studied by computer simulation. The input digital signal is converted into an N-channel parallel digital signal by a serial / parallel
The QPSK modulation is performed on 0 to 11 N−1 , the orthonormal transform is performed by the orthonormal transform unit 13, and the converted output is added by the adder 12 and transmitted. FIG. 13 shows the results of a computer simulation study of the peak power reduction effect when the orthonormal transform unit 13 performs the orthonormal transform using the DCT basis and when performing the orthonormal transform using the WHT basis. The horizontal axis indicates the number of carriers (multiplex number) N, and the vertical axis indicates the peak-to-average power ratio. As is apparent from the figure, by using the DCT base and the WHT base, it is possible to reduce the peak-to-average power ratio (PAPR) to 4.5 dB when eight carriers are multiplexed.
【0037】次に、この発明の第2の観点に基づいて、
図14に示すように多重化せず、送受信系の多重部及び
検波部を省略し、Nチャネルのベースバンド信号をその
まま送受信した場合においてこの発明の伝送系を使った
場合の、伝送路ノイズの影響を計算機シミュレーション
により求めた結果を図15に示す。横軸は伝送路におい
て加えられるガウス性雑音によるCNR であり、縦軸はシ
ンボルエラー確率率である。各伝送路で与えられる雑音
は、ガウス性雑音源70〜7N-1から発生される雑音を加
算器60〜6N-1で加算することによりシミュレートして
いる。この結果からDCT基底及びWHT基底を用いる
ことによる伝送特性の劣化はないことがわかる。この伝
送特性は、多重部及び検波部を用いた場合でも同様であ
る。図14の送受信システムは、例えばNチャネル有線
伝送において適用できる。受信装置200 では、復調部2
3の後段に並列・直列変換部24を付加している。Next, based on the second aspect of the present invention,
As shown in FIG. 14, when the transmission system of the present invention is used when the transmission system of the present invention is used when the multiplexing unit and the detection unit of the transmission / reception system are omitted and the N-channel baseband signal is transmitted / received as it is without multiplexing. FIG. 15 shows the result of the effect obtained by computer simulation. The horizontal axis is the CNR due to Gaussian noise added in the transmission path, and the vertical axis is the symbol error probability rate. Noise given by each transmission path is simulated by adding a noise generated from the Gaussian noise source 7 0 ~7 N-1 in the adder 6 0 ~6 N-1. From this result, it is understood that there is no deterioration in the transmission characteristics due to the use of the DCT base and the WHT base. This transmission characteristic is the same even when a multiplexing unit and a detecting unit are used. The transmission / reception system of FIG. 14 can be applied to, for example, N-channel wired transmission. In the receiving device 200, the demodulation unit 2
3, a parallel / serial conversion unit 24 is added.
【0038】図14の送受信システムにおいて、送信部
100 では、1系列のディジタル信号が入力され、直列・
並列変換部9によりNチャネル(ここでは4チャネル)
のディジタル信号に変換され、それぞれ変調されてか
ら、正規直交変換部13により正規直交変換され、4チ
ャネルの変換出力は4チャネルの伝送路に送出される。
受信装置200 では逆正規直交変換部22でNチャネル受
信信号を逆正規直交変換し、その出力をそれぞれ復調す
る。復調部23の後段に並列・直列変換部24を設け、
復調されたNチャネルのベースバンドディジタル信号を
1チャネルのディジタル信号に変換する。In the transmitting / receiving system shown in FIG.
In 100, a series of digital signals are input,
N channels (4 channels in this case) by the parallel converter 9
, And after being respectively modulated, the signal is subjected to orthonormal transform by the orthonormal transform unit 13, and the converted output of four channels is transmitted to the transmission path of four channels.
In the receiving apparatus 200, the N-channel received signal is inverse-orthogonal-transformed by the inverse-orthogonal-orthogonal transformation unit 22, and the output is demodulated. A parallel / serial conversion unit 24 is provided at a subsequent stage of the demodulation unit 23,
The demodulated N-channel baseband digital signal is converted into a one-channel digital signal.
【0039】次に本発明に関するマルチキャリア伝送方
式について実施例を示す。図16及び図17は、本発明
をマルチキャリア伝送に適用した送信装置100 及び受信
装置200 の実施例である。送信装置100 は、ディジタル
信号#1,…,#Nが入力される変調器11i (i=0,…,N-1)
と正規直交変換部13と送信フィルタ15i と、ディジ
タル・アナログ変換器16i 等で構成される。変調部1
1を構成する各変調器11i は、異なるディジタル信号
を入力し、振幅または位相または周波数変調する。この
複数の変調器出力を正規直交変換部13に入力する。正
規直交変換部13は、予め定められた行列により変換出
力信号v0(t)〜vN-1(t)間の相互相関係数を低減するよう
に信号処理して出力する。各出力信号vi(t) は、ディジ
タル・アナログ変換器16i によりアナログ信号に変換
される。アナログ信号は、周波数変換器MIXiで搬送は発
振器OSCiからの搬送波と混合され、無線周波信号とさ
れ、電力合成部14’でNチャネルの無線周波信号が合
成され、送信電力増幅器17を経てアンテナANTTより送
信される。受信装置200 (図17)は、アンテナANTR、
低雑音増幅器26を経て受信された無線周波信号は電力
分配部27でNチャネルに電力分配され、それぞれのチ
ャネルで搬送波発振器OSCiからの搬送波と混合器MIXiで
混合されて、バンドパスフィルタ28i を経てベースバ
ンド信号とされる。ベースバンド受信信号はAD変換器
29i でディジタル信号に変換され、受信フィルタ25
i を経て逆正規直交変換部22に与えられ、逆正規直交
変換を受ける。逆変換出力はそれぞれ復調器23i で復
調され、データ信号が得られる。このように、マルチキ
ャリア伝送の場合は、キャリア数が正規直交変換行列の
行数及び列数になる。Next, an embodiment of the multicarrier transmission system according to the present invention will be described. FIGS. 16 and 17 show an embodiment of a transmitting apparatus 100 and a receiving apparatus 200 in which the present invention is applied to multicarrier transmission. The transmitting apparatus 100 receives the modulator 11 i (i = 0,..., N−1) to which the digital signals # 1,.
Orthonormal transform unit 13 and the transmission filter 15 i a, and a digital-to-analog converter 16 i and the like. Modulation unit 1
Each of the modulators 11 i that constitutes 1 receives a different digital signal and modulates amplitude, phase, or frequency. The outputs of the plurality of modulators are input to the orthonormal transform unit 13. The orthonormal transform unit 13 performs signal processing so as to reduce the cross-correlation coefficient between the converted output signals v 0 (t) to v N−1 (t) using a predetermined matrix, and outputs the result. Each output signal v i (t) is converted to an analog signal by the digital / analog converter 16 i . The analog signal is mixed with the carrier from the oscillator OSCi by the frequency converter MIX i to be converted into a radio frequency signal, and the N-channel radio frequency signal is synthesized by the power synthesis unit 14 ′. Sent from ANT T. The receiving device 200 (FIG. 17) includes an antenna ANT R ,
The radio frequency signal received via the low noise amplifier 26 is divided into N channels by a power distribution unit 27, and mixed with a carrier from a carrier oscillator OSC i by a mixer MIX i in each channel to form a band-pass filter 28. The signal is converted to a baseband signal via i . The baseband reception signal is converted into a digital signal by an AD converter 29 i and received by a reception filter 25.
The signal is given to the inverse orthonormal transform unit 22 via i , and undergoes inverse orthonormal transform. Inverse transform output and each is demodulated by the demodulator 23 i, the data signal is obtained. Thus, in the case of multicarrier transmission, the number of carriers is the number of rows and the number of columns of the orthonormal transform matrix.
【0040】ここでは、4チャネルQPSK伝送に限定
して相関係数とピーク電力の関係を示す。本発明による
時刻tにおける正規直交変換部の入力信号ベクトルu
(t)の相関行列Ruu(t) は、以下となる。 Ruu(t) =u(t)uH(t) (27) 一般にu(t) の各要素間には、直交性が保たれていな
い。このため、式(27)は一般的に以下のように表され
る。Here, the relationship between the correlation coefficient and the peak power is shown only for 4-channel QPSK transmission. Input signal vector u of the orthonormal transform unit at time t according to the present invention
The correlation matrix R uu (t) of (t) is as follows. R uu (t) = u (t) u H (t) (27) Generally, orthogonality is not maintained between the elements of u (t). Therefore, equation (27) is generally represented as follows.
【0041】[0041]
【数5】 (Equation 5)
【0042】式(28)に対する時刻tにおけるRuu(t)
の各要素(i,j) の相関係数γij(t)を以下と定義する。 γij(t) =ui(t)u* j(t)/{|ui(t)‖u* j(t)|} (29) 式(29)を用いて全体の相関係数Γ(t) を以下のように定
義する。R uu (t) at time t for equation (28)
The correlation coefficient γ ij (t) of each element (i, j) is defined as follows. γ ij (t) = u i (t) u * j (t) / {| u i (t) ‖u * j (t) |} (29) (t) is defined as follows.
【0043】 Γ(t) ={1/(N2−N)}Σi=0 N-1Σj=0 N-1γij(t) (ただしi≠jとする) (30) 式(30)を評価パラメータとし、いずれも4チャネルQP
SKを使うものとしたとき、従来と同様に正規直交変換
を行わない場合、WHT基底の正規直交変換を行う場
合、及びDCT基底の正規直交変換を使う場合のそれぞ
れのピーク電力の計算結果を図18,図19,図20に
示す。また、この例では単純にベースバンド信号を多重
する場合を想定している。Γ (t) = {1 / (N 2 −N)} Σ i = 0 N− 1Σ j = 0 N−1 γ ij (t) (where i ≠ j) (30) 30) is used as an evaluation parameter, and all four channels are QP
Assuming that SK is used, the calculation results of the respective peak powers when the orthonormal transform is not performed as in the conventional case, when the orthonormal transform based on the WHT is performed, and when the orthonormal transform based on the DCT is used are shown. 18, FIG. 19 and FIG. In this example, it is assumed that the baseband signal is simply multiplexed.
【0044】図18の横軸は式(30)の相関係数を示し、
縦軸はピーク電力を示す。この図から明らかなように、
相関係数とピーク電力との間に明らかに比例関係があ
る。相関係数0のとき、ピーク電力4.0〔W〕,即ち各チ
ャネルの平均電力の和と一致している。このように、4
チャネルQPSKの場合において、ピーク電力は多重す
る変調波の相関関係に依存する。The horizontal axis of FIG. 18 shows the correlation coefficient of equation (30).
The vertical axis indicates the peak power. As is clear from this figure,
There is clearly a proportional relationship between the correlation coefficient and the peak power. When the correlation coefficient is 0, the peak power is equal to 4.0 [W], that is, the sum of the average power of each channel. Thus, 4
In the case of channel QPSK, the peak power depends on the correlation between the modulated waves to be multiplexed.
【0045】図19の横軸と縦軸は図18と同じであ
る。図19は本発明の正規直交基底にWHT基底を用い
た例である。入力信号は図18と同じである。この図か
ら、相関関係0,ピーク電力4.0Wとなった。このよう
に、本発明のWHT基底を用いた例では、ピーク電力と
入力信号の平均電力の和と一致している。また、相関係
数が変動することもない。正規直交変換部13が入力信
号を直交化しているためである。The horizontal and vertical axes in FIG. 19 are the same as those in FIG. FIG. 19 shows an example in which a WHT basis is used as the orthonormal basis of the present invention. The input signal is the same as in FIG. From this figure, the correlation was 0 and the peak power was 4.0 W. As described above, in the example using the WHT basis of the present invention, the sum is equal to the sum of the peak power and the average power of the input signal. Further, the correlation coefficient does not change. This is because the orthogonal transform unit 13 orthogonalizes the input signal.
【0046】図20の横軸と縦軸は図19と同じであ
る。図20は本発明の正規直交基底にDCT基底を用い
た例である。入力信号は図18と同じである。この図か
らも、相関係数−0.33から0.35の間でピーク電力との間
に比例関係が成立している。図20から、本発明により
ピーク電力を低減できる。図18と図20とを比べる
と、最大ピーク電力16〔W〕から8〔W〕に軽減され
る。The horizontal and vertical axes in FIG. 20 are the same as those in FIG. FIG. 20 shows an example in which a DCT basis is used as the orthonormal basis of the present invention. The input signal is the same as in FIG. Also from this figure, a proportional relationship is established between the correlation coefficient and the peak power between -0.33 and 0.35. From FIG. 20, the present invention can reduce the peak power. 18 and 20, the maximum peak power is reduced from 16 [W] to 8 [W].
【0047】以上のように、多重する変調信号間の相関
を減じる本発明を用いることにより、多重後に生じる変
調信号のピーク電力は低減できる。図10A,10Bで
は送信フィルタ15及び受信フィルタ25をそれぞれ正
規直交変換部13の前段及び逆正規直交変換部22の後
段に挿入していた。これらの送信フィルタ15及び受信
フィルタ25を図16及び図17のように正規直交変換
部13の後段及び逆正規直交変換部22の前段にそれぞ
れ挿入することもできる。以下に図16,図17の場合
について説明する。As described above, by using the present invention that reduces the correlation between modulated signals to be multiplexed, the peak power of the modulated signal generated after multiplexing can be reduced. 10A and 10B, the transmission filter 15 and the reception filter 25 are inserted before the orthonormal transform unit 13 and after the inverse orthonormal transform unit 22, respectively. These transmission filter 15 and reception filter 25 can be inserted after the orthonormal transform unit 13 and before the inverse orthonormal transform unit 22, respectively, as shown in FIGS. Hereinafter, the cases of FIGS. 16 and 17 will be described.
【0048】送信フィルタ15のM次複素インパルス応
答をh,本発明の正規直交変換部13の出力ベクトル
をv(t) ,時刻M前まで遡ったチャネルiの正規直交
変換部13の出力信号ベクトルをVi(t),送信フィル
タ出力をwtx(t) とする。 wtx(t) =[w(tx) 0(t) w(tx) 1(t) w(tx) 2(t)… w(tx) N-1(t)]T (31) Vi(t) =[vi(t) vi(t-1) vi(t-2) … vi(t-M+1)]T (32) h=[h0 h1 h2 …hM-1]T (33) w(tx) i =hHVi(t) (34) 式(34)において、i番目のチャネルに対する送信フィル
タ出力w(tx) i(t) は、hによる帯域制限をうける。H is the M-order complex impulse response of the transmission filter 15, v (t) is the output vector of the orthonormal transform unit 13 of the present invention, and the output signal vector of the orthonormal transform unit 13 of the channel i which goes back before the time M. Is V i (t), and the output of the transmission filter is w tx (t). w tx (t) = [w (tx) 0 (t) w (tx) 1 (t) w (tx) 2 (t) ... w (tx) N-1 (t)] T (31) V i ( t) = [v i (t ) v i (t-1) v i (t-2) ... v i (t-M + 1)] T (32) h = [h 0 h 1 h 2 ... h M -1 ] T (33) w (tx) i = h H V i (t) in (34) (34), i-th transmission to the channel filter output w (tx) i (t) is subjected to band limitation by h.
【0049】受信フィルタ25のM次複素インパルス応
答を送信フィルタと同じくh,チャネルiのミキサMI
Xiからの検波器出力の、時刻M前まで遡る出力信号ベク
トルをZi(t),受信フィルタ出力をwrx(t) とす
る。 wrx(t) =[w(rx) 0(t) w(rx) 1(t) w(rx) 2(t) … w(rx) N-1(t)]T (35) Zi(t) =[zi(t) zi(t-1) zi(t-2) … zi(t-M+1)]T (36) w(rx) i(t)=hHZi(t) (37) 式(35)において、i番目のチャネルに対する受信フィル
タ出力w(rx) i(t) は、hによる帯域制限をうける。The M-th order complex impulse response of the reception filter 25 is converted into the mixer MI of h and channel i in the same manner as the transmission filter.
Let Z i (t) be the output signal vector of the detector output from X i before time M, and let w rx (t) be the receive filter output. w rx (t) = [w (rx) 0 (t) w (rx) 1 (t) w (rx) 2 (t)… w (rx) N-1 (t)] T (35) Z i ( t) = [z i (t) z i (t-1) z i (t-2)… z i (t-M + 1)] T (36) w (rx) i (t) = h H Z i ( t) (37) In equation (35), the reception filter output w (rx) i (t) for the i-th channel is band-limited by h.
【0050】前述した各種実施例においては、送受信シ
ステムの伝送路に付いて特に明確にしてないものもある
が、一般に、無線周波搬送波を使う場合は、伝送路は3
次元空間であってもよいし、メタリックケーブルであっ
てもよい。また、電気光変換を行えば、光ファイバケー
ブルを使うこともできる。一方、ベースバンド信号を送
信する場合は、メタリックケーブルを使用するが、電気
光変換を使えば、光ファイバケーブルを使うこともでき
る。以下にこの発明を適用した送受信システムの伝送路
として光ファイバケーブルを使った場合と、メタリック
ケーブルを使った場合の代表的送受信システムの例を示
す。In the various embodiments described above, there are some transmission lines of the transmission / reception system that are not particularly clarified. However, when a radio frequency carrier is used, the transmission line is generally 3 channels.
It may be a dimensional space or a metallic cable. Further, if electro-optical conversion is performed, an optical fiber cable can be used. On the other hand, when transmitting a baseband signal, a metallic cable is used. However, if electro-optical conversion is used, an optical fiber cable can be used. Hereinafter, examples of typical transmission / reception systems when an optical fiber cable is used as a transmission path of a transmission / reception system to which the present invention is applied and when a metallic cable is used will be described.
【0051】図21は、光ファイバケーブル32を用い
た並列伝送方式の実施例を示す。送信装置100 は変調器
11と、送信フィルタ15と、直並列変換部19と、正
規直交変換部13と、送信部10と、電気・光変換器E/
O で構成されている。送信部10は信号多重部14と周
波数変換部MIX を有している。受信装置200 は光・電気
変換器O/E と、受信部20と、正規直交逆変換部22
と、並直列変換部24と、受信フィルタ25と、復調器
23とで構成されている。受信部20は周波数変換部MI
X と多重分離部27を有している。多重化された信号を
分離する多重分離部27は、周波数で多重された信号に
対しては帯域制限フィルタで構成され、拡散符号で多重
化された信号に対しては逆拡散器で構成され、波長で多
重化された信号に対しては波長検出用のフィルタで構成
される。FIG. 21 shows an embodiment of the parallel transmission system using the optical fiber cable 32. The transmission device 100 includes a modulator 11, a transmission filter 15, a serial-parallel conversion unit 19, an orthonormal conversion unit 13, a transmission unit 10, and an electro-optical converter E /
Consists of O. The transmission section 10 has a signal multiplexing section 14 and a frequency conversion section MIX. The receiving device 200 includes an optical / electrical converter O / E, a receiving unit 20, and an orthonormal inverse converting unit 22.
, A parallel / serial conversion unit 24, a reception filter 25, and a demodulator 23. The receiving unit 20 includes a frequency conversion unit MI
X and a demultiplexing unit 27. The demultiplexing unit 27 that separates the multiplexed signal is configured by a band-limiting filter for a signal multiplexed by frequency, and configured by a despreader for a signal multiplexed by a spreading code, The signal multiplexed by the wavelength is constituted by a wavelength detection filter.
【0052】伝送する情報信号は変調器11で変調され
る。送信フィルタ15はディジタル信号処理で実現さ
れ、伝送路に送出する上で最適な波形整形を行う。直並
列変換部9は送信フィルタ15の出力のディジタル信号
列を並列信号に変換する。並列変換されたディジタル信
号列は、正規直交変換部13に同時に入力される。正規
直交変換部13は、ディジタル信号処理により、相互相
関の低減された並列ディジタル信号列を出力し、送信部
10に入力される。送信部10では、周波数、符号、波
長などで入力信号を多重化する。多重化された信号は、
電気・光変換器E/O により光信号に変換され、光ファイ
バケーブル31を通して受信装置200 に送られる。The information signal to be transmitted is modulated by the modulator 11. The transmission filter 15 is realized by digital signal processing, and performs optimal waveform shaping for transmission to a transmission path. The serial / parallel converter 9 converts the digital signal sequence output from the transmission filter 15 into a parallel signal. The parallel-converted digital signal sequence is input to the orthonormal transform unit 13 at the same time. The orthonormal transform unit 13 outputs a parallel digital signal sequence with reduced cross-correlation by digital signal processing and is input to the transmitting unit 10. The transmission unit 10 multiplexes an input signal using a frequency, a code, a wavelength, and the like. The multiplexed signal is
The signal is converted into an optical signal by the electric / optical converter E / O and sent to the receiving device 200 through the optical fiber cable 31.
【0053】受信装置200 では、受信した光信号を光・
電気変換器O/E に変換する。受信部20は周波数、符
号、波長などで多重化された信号を分離する。分離され
た信号は、正規直交逆変換部22で逆変換され逆変換出
力は並直列変換部24でディジタル信号列を再構成す
る。再構成された信号は、受信フィルタ25により波形
整形され、復調器23で復調される。The receiving apparatus 200 converts the received optical signal into an optical signal.
Convert to electrical converter O / E. The receiving unit 20 separates a signal multiplexed by frequency, code, wavelength, or the like. The separated signal is inversely transformed by the orthonormal inverse transformation unit 22 and the inverse transformation output is reconstructed by the parallel / serial conversion unit 24 into a digital signal sequence. The reconstructed signal is shaped by the reception filter 25 and demodulated by the demodulator 23.
【0054】図21の実施例において、電気・光変換器
E/O 及び光電気変換器O/E を除去し、光ファイバケーブ
ル31の代わりにメタリックケーブルを使って送信部1
0の出力と受信部20の入力とを接続してもよい。この
実施例によれば、正規直交変換処理を用いた並列伝送を
行うことができる。図22はメタリックケーブルを用い
たベースバンド伝送の実施例を示す。送信装置100 は変
調器11と、送信フィルタ15と、直並列変換部9と、
正規直交変換部13と、切り替え器SW1 とで構成され
る。受信装置200 は切り替え器SW2 と、正規直交逆変換
部22と、並直列変換部24と、受信フィルタ25と、
復調器23とから構成されている。In the embodiment shown in FIG.
E / O and optical / electrical converter O / E are eliminated, and the transmission unit 1 is replaced with a metallic cable instead of the optical fiber cable 31.
The output of 0 and the input of the receiving unit 20 may be connected. According to this embodiment, parallel transmission using orthonormal transform processing can be performed. FIG. 22 shows an embodiment of baseband transmission using a metallic cable. The transmission device 100 includes a modulator 11, a transmission filter 15, a serial-parallel converter 9,
It is composed of an orthonormal transform unit 13 and a switch SW1. The receiver 200 includes a switch SW2, an orthonormal inverse converter 22, a parallel-serial converter 24, a reception filter 25,
And a demodulator 23.
【0055】伝送する情報信号は変調器11で変調され
る。送信フィルタ15はディジタル信号処理で実現さ
れ、メタリックケーブルの伝送路32に送出する上で最
適な波形整形を行う。直並列変換部9は、送信フィルタ
15の出力のディジタル信号列を並列変換する。並列変
換されたディジタル信号列は、正規直交変換部13に同
時に入力される。正規直交変換部13は、この発明に従
ってディジタル信号処理により相互相関が低減された並
列ディジタル信号列を出力し、切り替え器SW1 に入力さ
れる。切り替え器SW1 は伝送路32に送出する順に正規
直交変換部13の出力信号を選択する。メタリックケー
ブル32での送信に適した信号処理を行い伝送路32に
送出する。The information signal to be transmitted is modulated by the modulator 11. The transmission filter 15 is realized by digital signal processing, and performs optimal waveform shaping when transmitting to the transmission path 32 of a metallic cable. The serial / parallel converter 9 converts the digital signal sequence output from the transmission filter 15 into parallel. The parallel-converted digital signal sequence is input to the orthonormal transform unit 13 at the same time. The orthonormal transform unit 13 outputs a parallel digital signal sequence whose cross-correlation has been reduced by digital signal processing according to the present invention, and is input to the switch SW1. The switch SW1 selects the output signal of the orthonormal transform unit 13 in the order of transmission to the transmission line 32. The signal processing suitable for transmission on the metallic cable 32 is performed, and the signal is transmitted to the transmission path 32.
【0056】メタリックケーブル32の伝送路を経て受
信された信号は、A/D変換によりディジタル信号に変
換され、切り替え器SW2 により送信側で構成された並列
ディジタル信号列を再構成する。再構成された並列ディ
ジタル信号は正規直交逆変換部22で逆変換され、逆変
換出力は受信フィルタ25により波形整形され、復調器
23で復調される。これらの処理により、正規直交変換
を用いたベースバンド伝送を行うことができる。The signal received via the transmission line of the metallic cable 32 is converted into a digital signal by A / D conversion, and the switch SW2 reconstructs a parallel digital signal sequence formed on the transmission side. The reconstructed parallel digital signal is inversely transformed by the orthonormal inverse transform unit 22, and the output of the inverse transform is shaped by the reception filter 25 and demodulated by the demodulator 23. Through these processes, baseband transmission using orthonormal transform can be performed.
【0057】図22の実施例において、図23に示すよ
うに、送信側切り替え器SW1 の出力に電気・光変換器E/
O を設け、受信側切り替え器SW2 の入力に光・電気変換
器O/E を設け、メタリックケーブル32の代わりに光フ
ァイバケーブル31によりこれら変換器E/O 及びO/E 間
を接続することによってもベースバンド伝送システムを
構成することができる。In the embodiment of FIG. 22, as shown in FIG. 23, the output of the transmission-side switch SW1 is connected to the electric / optical converter E / E.
O, an optical / electrical converter O / E is provided at the input of the receiving side switch SW2, and these converters E / O and O / E are connected by an optical fiber cable 31 instead of the metallic cable 32. Can also constitute a baseband transmission system.
【0058】図24はQPSKを用いた4マルチキャリ
ア伝送におけるこの発明の並列伝送方式の効果を示す。
図24において、横軸は伝送路において加えられるガウ
ス雑音によるキャリア対雑音比CNR であり、縦軸はシン
ボルエラー確率である。Nチャネルの伝送路には加算器
60〜6N-1によりガウス性雑音源70〜7N-1からのガウ
ス性雑音を与える。シミュレーションは次のように設定
した。1つのチャネル、例えばチャネルi=0 の伝送路に
おけるCNR を0, 4, 6, 8dBに順次固定し、各固定された
CNR 値に対し、残りのチャネルi=1, 2, 3 のCNR が図1
5の横軸に示すように0, 2, 4, …, 12dB となるように
それぞれの雑音源71、72、73 から加算器61、62、
63 に与えるガウス性雑音レベルを制御した。この様な
CNR の条件のもとで、この発明で使用する正規直交変換
部13における正規直交変換をWHT規定を使って行っ
た場合と、DCT規定を使って行った場合の受信装置に
おけるベースバンドディジタル信号出力のシンボルエラ
ー確率を図24にそれぞれ○印及び△印で示し、それら
を結ぶ破線と比較してこの発明を適用しない場合の理論
値(実線)も示す。なお、この条件は一部の伝送路の回
線品質が著しく劣化した場合を想定している。理論値P
はP=(Pfix+P1+P2+P3)/4 で求めた。Pfixは回線品質を固
定したチャネルのシンボル誤り確率を示し、P1,P2,P3は
残りの3チャネルのシンボル誤り確率を示す。FIG. 24 shows the effect of the parallel transmission system of the present invention in 4-multicarrier transmission using QPSK.
In FIG. 24, the horizontal axis is the carrier-to-noise ratio CNR due to Gaussian noise added in the transmission path, and the vertical axis is the symbol error probability. The adder 6 0 to 6 N-1 in the transmission path of the N-channel providing the Gaussian noise from the Gaussian noise source 7 0 ~7 N-1. The simulation was set as follows. The CNR in one channel, for example, the transmission path of channel i = 0, is fixed to 0, 4, 6, and 8 dB sequentially, and each fixed
The CNR of the remaining channels i = 1, 2, and 3 is shown in Fig. 1 for the CNR value.
As indicated on the horizontal axis of 5 0, 2, 4, ..., each of the noise source 71 so as to 12dB, 7 2, 7 3 adders 6 1 from 6 2,
It was controlled Gaussian noise level given to 6 3. Like this
Under the condition of CNR, the baseband digital signal output in the receiving apparatus when the orthonormal transform in the orthonormal transform unit 13 used in the present invention is performed using the WHT rule and when the orthonormal transform is performed using the DCT rule. The symbol error probabilities are indicated by circles and triangles in FIG. 24, respectively, and the theoretical values (solid lines) when the present invention is not applied are also shown in comparison with the broken lines connecting them. Note that this condition is based on the assumption that the line quality of some transmission paths is significantly deteriorated. Theoretical value P
Was determined by P = (P fix + P 1 + P 2 + P 3 ) / 4. P fix indicates the symbol error probability of the channel whose channel quality is fixed, and P 1 , P 2 , and P 3 indicate the symbol error probabilities of the remaining three channels.
【0059】注目すべき点は、チャネルi=0 の固定CNR
が例えば4dBの場合、他の3つのチャネルのCNR がチ
ャネルi=0 と同じ4dBになるまでは、この発明を適用
した場合としない場合で並列・直列変換器24の出力ベ
ースバンドディジタル信号のシンボルエラー確率はほぼ
同じように変化するが、チャネルi=1, 2, 3 のCNR が4
dBを越えて大きくなると、この発明を適用しない場合
のエラー確率がそれほど改善されないのに対し、この発
明を適用した場合のエラー確率は更に改善されている。
チャネルi=0 のCNR が6dB及び8dBの場合に付いて
も同様のことがいえる。このことは、この発明によりN
チャネルの変調信号を正規直交変換してNチャネルの伝
送路を通して伝送する場合、たとえ1つの伝送路の伝送
路特性が劣化しても、受信ベースバンドディジタル信号
のシンボルエラー確率を改善できる能力が、正規直交変
換をしない従来のものより優れていることを示してい
る。即ち、この発明により、ある種の誤り訂正効果が得
られているといえる。It should be noted that the fixed CNR of channel i = 0
Is 4 dB, for example, until the CNR of the other three channels becomes 4 dB, which is the same as that of the channel i = 0. The error probabilities vary approximately the same, but the CNR of channel i = 1, 2, 3 is 4
When the value exceeds dB, the error probability in the case where the present invention is not applied is not so improved, whereas the error probability in the case where the present invention is applied is further improved.
The same can be said for the case where the CNR of channel i = 0 is 6 dB and 8 dB. This means that the invention
When a channel modulated signal is orthonormally transformed and transmitted through an N-channel transmission path, even if the transmission path characteristics of one transmission path deteriorate, the ability to improve the symbol error probability of the received baseband digital signal is improved. This shows that it is superior to the conventional one that does not perform orthonormal transform. That is, according to the present invention, it can be said that a certain kind of error correction effect is obtained.
【0060】[0060]
【発明の効果】従来の技術では、並列伝送するキャリア
が増大すること、任意の入力信号に適用できないこと、
等の問題点があった。本発明により、これらの問題点
は、以下の(a) ,(b) のように解決されている。 (a) 並列伝送するキャリアの増大:本発明において、式
(5) で示されているように、正規直交変換部を用いても
伝送路のチャネル数は、明らかに増大しない。本発明に
よるピーク電力低減効果は、図13で示されている。こ
のように本発明は、伝送チャネル数を増大することな
く、ピーク対平均電力比を軽減できる。According to the conventional technique, the number of carriers to be transmitted in parallel increases, that the technique cannot be applied to an arbitrary input signal,
And so on. According to the present invention, these problems are solved as follows (a) and (b). (a) Increasing the number of carriers transmitted in parallel: In the present invention, the expression
As shown in (5), the number of channels in the transmission path does not increase clearly even if the orthonormal transform unit is used. The peak power reduction effect according to the present invention is shown in FIG. Thus, the present invention can reduce the peak-to-average power ratio without increasing the number of transmission channels.
【0061】(b) 入力信号への依存性:本発明はその原
理を導出する過程において、式(1)で示されているよう
に、入力信号の統計的性質を規定していない。このため
本発明は、入力信号の統計的性質に依存することなく、
複数の変調信号の多重により生じるピーク対平均電力比
を軽減できる。その他の効果として以下の事項があげら
れる。(B) Dependence on input signal: In the process of deriving the principle, the present invention does not specify the statistical properties of the input signal as shown in equation (1). Thus, the present invention does not rely on the statistical properties of the input signal,
The peak-to-average power ratio generated by multiplexing a plurality of modulation signals can be reduced. Other effects include the following.
【0062】(c) 直交変換部により並列に伝送する情報
が、正規直交変換行列で規定される形式に変換され、見
かけ上本来1チャネルで伝送する情報が並列伝送する全
チャネルに分散されるので、一つのチャネルが欠落して
も、残りのチャネルの情報からある程度復元できる。従
って通信回線の品質の変動に強い伝送方式を提供でき
る。(C) Since the information to be transmitted in parallel by the orthogonal transformation unit is converted into a format defined by the orthonormal transformation matrix, and the information originally transmitted in one channel is apparently distributed to all the channels transmitted in parallel. Even if one channel is lost, it can be restored to some extent from the information of the remaining channels. Therefore, it is possible to provide a transmission system that is resistant to fluctuations in communication line quality.
【0063】(d) 正規直交変換行列はディジタル信号処
理により実現されるため、回路を簡略化できる。 (e) 正規直交変換行列の係数を必要に応じて変更できる
ので種々の大きさのシステムに柔軟に対応できる。 (f) 正規直交変換行列を他人に明らかにしないことで通
信の秘匿性が得られる。 (g) 正規直交変換部による分散伝送によってダイバシー
チ効果が得られる。(D) Since the orthonormal transformation matrix is realized by digital signal processing, the circuit can be simplified. (e) Since the coefficients of the orthonormal transformation matrix can be changed as needed, it is possible to flexibly cope with systems of various sizes. (f) The secrecy of communication can be obtained by not revealing the orthonormal transform matrix to others. (g) Diversity effect can be obtained by distributed transmission by the orthonormal transform unit.
【図1】NチャネルのQPSK信号を多重する従来の送
信装置のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a conventional transmission device that multiplexes N-channel QPSK signals.
【図2】図1において、N=4とした場合の各変調器の
出力信号と、合成信号を複素平面上に示した図。FIG. 2 is a diagram showing an output signal of each modulator and a synthesized signal on a complex plane when N = 4 in FIG. 1;
【図3】図1の4チャネルQPSK信号の複素合成信号
の大きさを示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the magnitude of a complex composite signal of the four-channel QPSK signal of FIG. 1;
【図4】変調器11でQPSK変調を行う場合の送信装
置のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of a transmission device when the modulator 11 performs QPSK modulation.
【図5】Aは図4の複素正規直交変換部13の出力信号
を複素平面上に示した図、Bは図4の複素正規直交変換
出力信号を複素加算部12により合成した合成信号を複
素平面上に示した図。5A is a diagram showing an output signal of a complex orthonormal transform unit 13 of FIG. 4 on a complex plane, and FIG. 5B is a diagram showing a complex signal obtained by combining the complex orthonormal transform output signal of FIG. The figure shown on the plane.
【図6】図4の送信装置において、4チャネルQPSK
信号をDCT基底により正規直交変換した信号の複素合
成信号の大きさを示すグラフ。FIG. 6 shows a 4-channel QPSK in the transmitting apparatus of FIG.
9 is a graph showing the magnitude of a complex composite signal of a signal obtained by orthonormally transforming a signal using a DCT basis.
【図7】図4の送信装置において、4チャネルQPSK
信号をWHT基底により正規直交変換した信号の複素合
成信号の大きさを示すグラフ。FIG. 7 shows a 4-channel QPSK in the transmitting apparatus of FIG.
9 is a graph showing the magnitude of a complex composite signal of a signal obtained by orthonormally transforming a signal using a WHT basis.
【図8】正規直交変換部による分散伝送を説明するため
の図。FIG. 8 is a diagram for explaining distributed transmission by the orthonormal transform unit.
【図9】Aはこの発明による送信装置の実施例を示すブ
ロック図、Bはこの発明による受信装置の実施例を示す
ブロック図。FIG. 9A is a block diagram showing an embodiment of a transmitting apparatus according to the present invention, and FIG. 9B is a block diagram showing an embodiment of a receiving apparatus according to the present invention.
【図10】Aは図9Aにおける正規直交変換部13の構
成を示すブロック図、Bは図9Bにおける逆正規直交変
換部22の構成を示すブロック図。10A is a block diagram illustrating a configuration of the orthonormal orthogonal transform unit 13 in FIG. 9A, and FIG. 10B is a block diagram illustrating a configuration of the inverse orthonormal orthogonal transform unit 22 in FIG. 9B.
【図11】Aは図9Aの送信装置に送信フィルタを設け
た場合のブロック図、Bは図9Bの受信装置に受信フィ
ルタを設けた場合のブロック図。11A is a block diagram when a transmission filter is provided in the transmission device of FIG. 9A, and FIG. 11B is a block diagram when a reception filter is provided in the reception device of FIG. 9B.
【図12】この発明の他の実施例を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
【図13】図12の実施例におけるピーク対平均電力比
とキャリア数の関係を示すグラフ。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the peak-to-average power ratio and the number of carriers in the embodiment of FIG.
【図14】並列伝送を行う場合のこの発明の実施例を示
すブロック図。FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment of the present invention when performing parallel transmission.
【図15】図14の実施例におけるシンボルエラーレイ
トと搬送波対雑音電力比の関係を示すグラフ。FIG. 15 is a graph showing a relationship between a symbol error rate and a carrier to noise power ratio in the embodiment of FIG. 14;
【図16】図8Aの送信装置をマルチキャリア伝送方式
に適用した場合の構成を示すブロック図。FIG. 16 is a block diagram showing a configuration when the transmitting apparatus of FIG. 8A is applied to a multicarrier transmission scheme.
【図17】図8Bの受信装置をマルチキャリア伝送方式
に適用した場合の構成を示すブロック図。FIG. 17 is a block diagram showing a configuration in a case where the receiving apparatus of FIG. 8B is applied to a multicarrier transmission scheme.
【図18】4チャネルQPSK信号を多重した信号のピ
ーク電力と各チャネルの信号間の相関係数との関係を示
すグラフ。FIG. 18 is a graph showing a relationship between a peak power of a signal obtained by multiplexing four-channel QPSK signals and a correlation coefficient between signals of each channel.
【図19】4チャネルQPSK信号をWHT基底により
正規直交変換した後、多重した信号のピーク電力と各チ
ャネルの変換された信号間の相関係数との関係を示すグ
ラフ。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the peak power of a multiplexed signal and the correlation coefficient between the converted signals of the respective channels after orthonormal transform of the 4-channel QPSK signal by the WHT basis.
【図20】4チャネルQPSK信号をDCT基底により
正規直交変換した後、多重した信号のピーク電力と各チ
ャネルの変換された信号間の相関係数との関係を示すグ
ラフ。FIG. 20 is a graph showing the relationship between the peak power of a multiplexed signal and the correlation coefficient between the converted signals of the respective channels after orthonormal transform of the 4-channel QPSK signal by DCT basis.
【図21】伝送路が光ファイバケーブルの場合のマルチ
キャリア伝送にこの発明を適用した場合の送受信システ
ムのブロック図。FIG. 21 is a block diagram of a transmission / reception system in a case where the present invention is applied to multicarrier transmission in a case where a transmission path is an optical fiber cable.
【図22】伝送路がメタリックケーブルの場合のマルチ
キャリア伝送にこの発明を適用した場合の送受信システ
ムのブロック図。FIG. 22 is a block diagram of a transmission / reception system when the present invention is applied to multicarrier transmission when a transmission path is a metallic cable.
【図23】伝送路が光ファイバケーブルの場合のベース
バンド伝送にこの発明を適用した場合のブロック図。FIG. 23 is a block diagram in a case where the present invention is applied to baseband transmission in a case where the transmission path is an optical fiber cable.
【図24】QPSKによる4チャネルマルチキャリア伝
送にこの発明を適用した場合の効果を説明するためのグ
ラフ。FIG. 24 is a graph for explaining an effect when the present invention is applied to four-channel multicarrier transmission by QPSK.
Claims (21)
ぞれ変調する変調手段と、Nは2又はそれより大の任意
の整数であり、 上記変調手段の出力であるNチャネルの変調信号に対
し、変換出力間の相互相関が低減するように正規直交変
換を行って、変換されたNチャネルの信号を出力する正
規直交変換手段と、を含む送信装置。1. A modulating means for modulating N-channel parallel digital signals, and N is an integer of 2 or more, and a conversion output for an N-channel modulated signal output from said modulating means. A normal orthogonal transform unit that performs an orthogonal transform so as to reduce the cross-correlation between the signals and outputs a converted N-channel signal.
直交変換手段の出力を多重化し、多重化信号を送出する
多重化手段を更に含む。2. The transmitting apparatus according to claim 1, further comprising multiplexing means for multiplexing an output of said orthonormal transform means and transmitting a multiplexed signal.
記正規直交変換手段の入力側または出力側に帯域制限用
の送信フィルタが挿入されている。3. The transmission device according to claim 1, wherein a transmission filter for band limitation is inserted on an input side or an output side of the orthonormal transform unit.
記変調手段の入力側に、直列ディジタル入力信号を上記
Nチャネルの並列ディジタル信号に変換し、上記変調手
段に与える直列・並列変換手段が設けられている。4. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein a serial / parallel converter for converting a serial digital input signal into the N-channel parallel digital signal and supplying the converted signal to the modulator is provided on an input side of the modulator. Is provided.
記正規直交変換手段のNチャネル出力信号を順次選択
し、直列に出力する切換手段と、上記切換手段からの直
列信号を光信号に変換し、光ファイバケーブルに送出す
る電気・光変換手段とを更に含む。5. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein the switching means for sequentially selecting the N-channel output signals of the orthonormal transform means and outputting the signals in series, and converting the serial signal from the switching means into an optical signal. And an electric / optical conversion means for transmitting the data to an optical fiber cable.
記正規直交変換手段のNチャネル出力信号を順次選択
し、メタリックケーブルに直列に出力する切換手段を更
に含む。6. The transmitting apparatus according to claim 1, further comprising switching means for sequentially selecting N-channel output signals of said orthonormal transform means and outputting the signals in series to a metallic cable.
記正規直交変換手段はWHT基底に基づく変換手段であ
る。7. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein the orthonormal transform unit is a transform unit based on a WHT basis.
記正規直交変換手段はDCT基底に基づく変換手段であ
る。8. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein said orthonormal transform unit is a transform unit based on a DCT basis.
刻tにおける上記正規直交変換手段への入力信号ベクト
ルをu(t) ,i番目の伝送チャネルにおける複素ベー
スバンド信号をui(t) (i=0,1,…,N-1),上記正規直交変
換手段で実現されるN×N正規直交変換行列をA,そ
の複素数の要素(i,j) をaij,正規直交基底ベクトルを
ai , 直交変換部出力ベクトルをv(t) ,i番目の
伝送チャネルにおける複素出力信号をvi(t) , Tを転置
を表すものとすると、u (t)= [u0(t)u1(t)…uN-1(t)]T 【数1】 ai =(ai0 ai1 … aiN-1)v (t)=[v0(t)v1(t)…vN-1(t)]Tv (t) =Au(t) であり、上記正規直交変換行列AはΣn=0 N-1 aina* jn=δij を満足し、ここで、δijはi=jのとき1,i≠jのと
き0であり、*は複素共役である。9. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein an input signal vector to said orthonormal transform means at time t is u (t), and a complex baseband signal in an i-th transmission channel is u i (t). (i = 0, 1,..., N−1), A is the N × N orthonormal transformation matrix realized by the above orthonormal transformation means, a ij is the complex element (i, j), and orthonormal basis vector Let a i denote the output vector of the orthogonal transform unit, v (t), the complex output signal of the i-th transmission channel v i (t) , and T the transpose, u (t) = [u 0 (t ) u 1 (t)… u N-1 (t)] T a i = (a i0 a i1 ... a iN-1 ) v (t) = [v 0 (t) v 1 (t) ... v N-1 (t)] T v (t) = Au (t) There, the orthonormal transform matrix a satisfies Σ n = 0 n-1 a in a * jn = δ ij, where, [delta] ij is zero when the 1, i ≠ j when i = j, * Is a complex conjugate.
N伝送チャネルを経て送出されたNチャネルの信号を受
信するための受信装置であり、以下を含む:N伝送チャ
ネルからNチャネルの信号を受信し、それら受信したN
チャネルの信号に対して上記正規直交変換と逆の変換を
行って、対応するNチャネルの変調信号を出力する逆正
規直交変換手段と、 上記逆正規直交変換手段の出力のNチャネルの変調信号
を復調してNチャネルのディジタル信号を出力する復調
手段。10. The transmitting apparatus performs orthonormal transform,
A receiving device for receiving N-channel signals transmitted via N transmission channels, including: receiving N-channel signals from N transmission channels, and receiving the received N signals;
Inverse orthonormal transform means for performing the inverse transform of the orthonormal transform on the channel signal and outputting a corresponding N-channel modulated signal; and converting the N-channel modulated signal output from the inverse orthonormal orthogonal transform means. Demodulation means for demodulating and outputting N-channel digital signals.
N伝送チャネルからの信号を検波して、Nチャネルのベ
ースバンド信号を出力し、上記逆正規直交変換手段への
入力信号として与える検波手段が設けられている。11. The receiving apparatus according to claim 10, wherein said detecting means detects a signal from said N transmission channel, outputs an N-channel baseband signal, and provides the signal as an input signal to said inverse orthonormal transform means. Is provided.
て、上記逆正規直交変換手段の入力側または出力側に帯
域制限用の受信フィルタが挿入されている。12. The receiving apparatus according to claim 10, wherein a receiving filter for band limitation is inserted on an input side or an output side of said inverse orthonormal transform means.
て、上記復調手段の出力側に、Nチャネルの並列ディジ
タル信号を1つの直列ディジタル信号に変換する並列・
直列変換手段が設けられている。13. The receiving apparatus according to claim 10, wherein an output side of said demodulation means is a parallel / digital converter for converting N-channel parallel digital signals into one serial digital signal.
Serial conversion means is provided.
通して送信し、受信側で受信したNチャネルの信号を復
調する送受信方法であり、以下のステップを含む: (a) 送信側において、Nチャネルの変調信号に対して、
変換出力された信号間の相互相関が低減するように正規
直交変換を行い、Nチャネルの変換信号を生成し、N伝
送チャネルの送出し、 (b) 受信側でNチャネルの受信信号を得、それら受信信
号に対して、前記正規直交変換とは逆の変換を行いNチ
ャネルの変調信号を得て、 (c) 上記Nチャネルの変調信号を復調してNチャネルの
ディジタル信号を得る。14. A transmission / reception method for transmitting an N-channel signal through an N transmission channel and demodulating an N-channel signal received at a receiving side, including the following steps: (a) transmitting a N-channel signal at a transmitting side; For the modulated signal,
Perform orthonormal transform so that the cross-correlation between the converted and output signals is reduced, generate a converted signal of N channels, transmit N transmission channels, (b) obtain a received signal of N channels on the receiving side, The received signals are converted in the inverse of the above-described orthonormal transform to obtain N-channel modulated signals. (C) The N-channel modulated signals are demodulated to obtain N-channel digital signals.
通して送信し、受信側で受信したNチャネルの信号を復
調する送受信方法であり、以下のステップを含む: (a) 送信側において、Nチャネルの変調信号に対して、
変換出力された信号間の相互相関が低減するように正規
直交変換を行い、Nチャネルの変換信号を生成し、 (b) 上記Nチャネルの変換信号を多重化して送信し、 (c) 受信側で入力多重信号からNチャネルの受信信号を
得、それら受信信号に対して、前記正規直交変換とは逆
の変換を行いNチャネルの変調信号を得て、 (d) 上記Nチャネルの変調信号を復調してNチャネルの
ディジタル信号を得る。15. A transmission / reception method for transmitting an N-channel signal through an N transmission channel and demodulating an N-channel signal received at a receiving side, including the following steps: For the modulated signal,
Orthonormal transform is performed so that the cross-correlation between the converted and output signals is reduced, an N-channel converted signal is generated, (b) the N-channel converted signal is multiplexed and transmitted, and (c) a receiving side. And N-channel received signals are obtained from the input multiplexed signal, an N-channel modulated signal is obtained from the received signals by performing an inverse transform of the orthonormal transform, and (d) the N-channel modulated signal is Demodulation is performed to obtain an N-channel digital signal.
送信側で、入力直列ディジタル信号をNチャネルの並列
ディジタル信号に変換することにより上記Nチャネルの
変調信号を得るステップと、受信側で、復調された上記
Nチャネルの並列ディジタル信号を1つの直列ディジタ
ル信号に変換するステップとを更に含む。16. The method of claim 14 or claim 15, wherein
A step of obtaining an N-channel modulated signal by converting an input serial digital signal into an N-channel parallel digital signal on a transmitting side; and converting the demodulated N-channel parallel digital signal into one serial digital signal on a receiving side. Converting to a signal.
において上記正規直交変換により得られたNチャネル出
力信号を順次選択し、直列信号として出力し、上記直列
信号を光信号に変換し、光ファイバケーブルに送出する
ステップと、受信側において受信した直列信号を電気信
号に変換し、Nチャネルに順次分配して上記Nチャネル
の受信信号を得るステップを更に含む。17. The method according to claim 14 or 15, wherein an N-channel output signal obtained by the orthonormal transform is sequentially selected on the transmitting side, output as a serial signal, and the serial signal is converted into an optical signal. The method further includes a step of transmitting the signal to the optical fiber cable and a step of converting the serial signal received on the receiving side into an electric signal, and sequentially distributing the electric signal to N channels to obtain the N-channel received signal.
において上記正規直交変換により得られたNチャネル出
力信号を順次選択し、メタリックケーブルに直列に出力
するステップと、受信側にいおて受信した直列の信号を
順次Nチャネルに分配して上記Nチャネルの受信信号を
得るステップを含む。18. The method according to claim 14, wherein the transmitting side sequentially selects the N-channel output signals obtained by the orthonormal transform and outputs the N-channel output signals in series to a metallic cable. A step of sequentially distributing the received serial signals into N channels to obtain the N-channel received signals.
上記正規直交変換はWHT基底に基づく変換である。19. The method of claim 14 or claim 15, wherein
The orthonormal transform is a transform based on the WHT basis.
上記正規直交変換手段はDCT基底に基づく変換であ
る。20. The method according to claim 14, wherein
The orthonormal transform means is a transform based on a DCT basis.
時刻tにおける上記正規直交変換を受ける入力信号ベク
トルをu(t) ,i番目の伝送チャネルにおける複素ベ
ースバンド信号をui(t) (i=0,1,…,N-1),上記正規直交
変換で実現されるN×N正規直交変換行列をA,その
複素数の要素(i,j) をaij,正規直交基底ベクトルをa
i , 直交変換部出力ベクトルをv(t) ,i番目の伝送
チャネルにおける複素出力信号をvi(t) , Tを転置を表
すものとすると、u (t)= [u0(t)u1(t)…uN-1(t)]T 【数2】 ai =(ai0 ai1 … aiN-1)v (t)=[v0(t)v1(t)…vN-1(t)]Tv (t) =Au(t) であり、上記正規直交変換行列AはΣn=0 N-1 aina* jn=δij を満足し、ここで、δijはi=jのとき1,i≠jのと
き0であり、*は複素共役である。21. The method according to claim 14, wherein
The input signal vector that undergoes the above orthogonal transformation at time t is u (t), the complex baseband signal in the ith transmission channel is u i (t) (i = 0, 1,..., N−1), A denotes an N × N orthonormal transform matrix realized by orthogonal transform, a ij denotes a complex element (i, j), and a denotes an orthonormal basis vector.
Let i , the output vector of the orthogonal transform unit be v (t), the complex output signal in the i-th transmission channel be v i (t) , and T be the transpose, u (t) = [u 0 (t) u 1 (t)… u N-1 (t)] T a i = (a i0 a i1 ... a iN-1 ) v (t) = [v 0 (t) v 1 (t) ... v N-1 (t)] T v (t) = Au (t) There, the orthonormal transform matrix a satisfies Σ n = 0 n-1 a in a * jn = δ ij, where, [delta] ij is zero when the 1, i ≠ j when i = j, * Is a complex conjugate.
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JP27576597A JP3454407B2 (en) | 1996-10-14 | 1997-10-08 | Transmission / reception method and device |
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JP8-271063 | 1996-10-14 | ||
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JPH10178411A true JPH10178411A (en) | 1998-06-30 |
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1997
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