JPWO2002056516A1

JPWO2002056516A1 - Communication device and communication system using the same

Info

Publication number: JPWO2002056516A1
Application number: JP2002557054A
Authority: JP
Inventors: 一ノ瀬　祐治; 有田　節男; 山田　泉; 菅原　拓也; 大木戸　文康
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2021-01-10
Also published as: JP3800176B2; WO2002056516A1

Abstract

送信データにより変調された複数の搬送波を合成して得られた変調信号を入力し、予め設定された閾値以下の信号に対する第１増幅率と、第１増幅率よりも小さな値が設定された閾値を超える信号に対する第２増幅率とによって変調信号を増幅する圧縮器を備えた。閾値を超える信号の増幅率を閾値以下の信号の増幅率よりも小さな値とすることによって、閾値を超える信号が閾値以下の信号に比べて圧縮されるため、変調信号のピーク電力が低下し、かつ平均電力の低下はピーク電力の低下よりも小さく押さえられるため、ピーク比は低減される。A modulation signal obtained by combining a plurality of carriers modulated by transmission data is input, and a first amplification factor for a signal equal to or less than a predetermined threshold value and a threshold value having a value smaller than the first amplification factor are set. And a second amplifying unit for amplifying the modulated signal with the second amplification factor for the signal exceeding. By making the amplification factor of the signal exceeding the threshold smaller than the amplification factor of the signal below the threshold, the signal exceeding the threshold is compressed as compared with the signal below the threshold, so that the peak power of the modulation signal is reduced, In addition, since the decrease in the average power is suppressed to be smaller than the decrease in the peak power, the peak ratio is reduced.

Description

技術分野
本発明は、直交周波数分割多重方式のようなマルチキャリア変調方式により通信を行う通信装置及びそれを用いた通信システムに関する。
背景技術
搬送波（キャリア）を用いた通信技術において、１つのキャリアの振幅，位相或いは周波数を変調することによりデータを送信する方式をシングルキャリア変調方式と呼ぶ。これに対して、振幅或いは位相が変調された複数のキャリアを合成して送信信号とする方式をマルチキャリア変調方式と呼ぶ。伝送速度が同じ場合、マルチキャリア変調方式の方がキャリア数倍送信時間を長くできるため、通信路で発生する反射波の影響を受けにくいという特徴がある。
直交周波数分割多重（以下、ＯＦＤＭという）方式は、マルチキャリア変調方式の一つであり、キャリアの周波数間隔を最小にできるので周波数利用効率が高い。このため、電力線搬送，デジタルテレビ放送，無線及び電話回線を用いるｘＤＳＬ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｌｉｎｅ）の変調方式として採用されている。
このＯＦＤＭ方式に限らずマルチキャリア変調方式では、複数のキャリアを合成して送信信号とするため、送信信号の振幅の実効値に対して比較的高いピーク振幅を持つ。つまり、ピーク電力と平均電力との比（以下、ピーク電力／平均電力をピーク比と呼ぶ）が高い。一般に、通信装置には送信出力に規制値があるため、マルチキャリア変調方式のようにピーク比が高いと、平均電力を大きくすることができない。通信装置の伝送特性は通信装置を含めた伝送路の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）によって決まるが、前述の通り、マルチキャリア変調方式では平均電力を大きくすることができないためにＳ／Ｎを高くすることが難しく、その結果、伝送誤りが増加してしまう。また、ピーク比が高いことにより、送信アンプとして最大電力の大きなアンプを使用しなければならず、送信アンプのコストが高くなる。更に、送受信の信号処理に用いられるデジタル処理回路のダイナミックレンジを大きくしなければならない。
ピーク比を低減するための従来技術としては、特開平８−９７７９７号公報，特開平１０−１７８４１１号公報及び特開平１１−１６３８２６号公報等があるが、これらの従来技術では、伝送データの配列により発生するピーク電力を低減するための配列変換用の複雑な演算が必要であったり、データ配列を制限するための冗長ビットを付加することにより実効的な伝送速度が低下するという問題がある。
発明の開示
本発明の目的は、マルチキャリア変調方式を用いて通信を行う際に、伝送速度を低下させることなくピーク比を低減可能な通信装置及びそれを用いた通信システムを提供することにある。
上記目的を達成する本発明の特徴は、送信データにより変調された複数の搬送波を合成して得られた変調信号を入力し、予め設定された閾値以下の信号に対する第１増幅率と、前記第１増幅率よりも小さな値が設定された前記閾値を超える信号に対する第２増幅率とによって前記変調信号を増幅する圧縮器と、前記圧縮器の出力信号に基づいて得られた送信信号を送信する送信手段とを備えたことにある。
閾値を超える信号の増幅率を閾値以下の信号の増幅率よりも小さな値とすることによって、閾値を超える信号が閾値以下の信号に比べて圧縮されるため、変調信号のピーク電力が低下し、かつ平均電力の低下はピーク電力の低下よりも小さく押さえられるため、ピーク比は低減される。また、従来技術のようにデータ配列を制限するための冗長ビットを付加する必要がないため、伝送速度を低下させることがない。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
第１図は、本発明の好適な一実施例である通信システムの構成を示す。第１図に示すように、本実施例の通信システムでは、複数の通信装置１ａ，１ｂ，１ｃ…が電力線２を介して接続されており、各通信装置１ａ，１ｂ，１ｃ…は電力線２に信号を畳重することによって互いにデータを送受信する。つまり、本実施例の通信装置は、電力線搬送によってデータを送受信する電力線搬送装置である。なお、通信装置１ａ，１ｂ，１ｃ…は、同じ装置構成となっており、その動作も同様である。
以下、通信装置１ａから通信装置１ｂにデータを送信する場合について説明する。まず、通信装置１ｂへ送信する送信データが、通信装置１ａのＯＦＤＭ変調器１０に入力される。ＯＦＤＭ変調器１０において、入力された送信データはマッピング１０１に入力され、マッピング１０１は入力された送信データを０，１パターンから複素数データに変換する。この複素数データが、各キャリアの振幅データとなる。得られた複素数データは、逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）１０２に入力され、逆高速フーリエ変換されることによって時間領域での変調信号が生成される。なお、本実施例では、振幅及び周波数の異なる複数のキャリアを合成するため、逆高速フーリエ変換を採用している。ＩＦＦＴ１０２による逆高速フーリエ変換によって得られた複素数信号は、直交変調器１０３に入力される。直交変調器１０３は、入力された複素数信号を実数信号に変換して出力する。従来は、この直交変調器１０３で得られた信号をアナログ信号に変換した後、電力線２に畳重して送信していたが、本実施例ではアナログ信号に変換する前に信号の圧縮を行う。
直交変調器１０３から出力された実数信号は圧縮器１０４に入力され、圧縮器１０４は入力された信号を予め設定された増幅率で増幅（圧縮）する。第２図（ａ）は、圧縮器１０４における増幅率、すなわち入力信号の振幅（以下、入力振幅と呼ぶ）とそれに対する出力信号の振幅（以下、出力振幅と呼ぶ）とを示す。第２図（ａ）に示すように、圧縮器１０４は、入力振幅が０から０．０３の範囲では増幅率を１とし、入力振幅が０．０３以上の範囲では増幅率を１／８（０．１２５）としている。つまり、入力振幅０．０３を閾値として増幅率を変化させている。なお、この閾値及び増幅率の決定方法については後述する。
第３図（ａ）に示す信号が圧縮器１０４に入力された場合の圧縮後の信号を第３図（ｂ）に示す。ＯＦＤＭ変調方式のようなマルチキャリア変調方式を用いた場合、複数のキャリアの重ね合わせによって、圧縮器１０４の入力信号（源信号と呼ぶ）は第３図（ａ）に示されるようにパルス状の振幅変化により振幅の大きな点が存在する波形となる。この第３図（ａ）に示す源信号を圧縮器１０４にて圧縮すると、第３図（ｂ）に示すように、０．０３以上の振幅が大幅に圧縮されて突出したピークがなくなる。本実施例の圧縮器１０４では、前述の通り、閾値である０．０３以上の範囲で振幅を１／８に圧縮する、すなわち大きな振幅を圧縮することでピーク電力を低減でき、また閾値０．０３以下の振幅は増幅率を１として圧縮しないので平均電力はほとんど減少しない。従って、ピーク電力と平均電力との比であるピーク比が大幅に低減される。第３図（ｃ）は送信データとしてランダムデータを与えた場合の源信号のピーク比及び圧縮信号のピーク比と試行回数との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す。図に示されるように、源信号のピーク比は最大で２０近くあるのに対して、圧縮信号のピーク比は５以下に低減されている。このように本実施例によれば、信号圧縮を行わない場合と比較してピーク比の最大値を約４分の１まで低減することができ、それにより後述するアンプの最大電力を従来の約４分の１に低減することができる。逆に、従来と同一のアンプを用いた場合には送信電力を４倍まで大きくできる。
圧縮器１０４から出力された信号は、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１０５に入力され、Ｄ／Ａ１０５は入力された信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して出力する。Ｄ／Ａ１０５から出力された信号が、ＯＦＤＭ変調器１０から出力されるＯＦＤＭ変調信号としてアンプ１１に入力される。アンプ１１は入力されたＯＦＤＭ変調信号を予め設定された増幅率にて増幅し、アンプ１１によって増幅されたＯＦＤＭ変調信号は結合器１２に入力される。結合器１２は、入力されたＯＦＤＭ変調信号を電力線２に畳重する。
電力線２に畳重されたＯＦＤＭ変調信号は、通信装置１ｂにて受信される。通信装置１ｂの結合器１２は、電力線２に畳重された信号のうち、通信装置１ｂに対して出力された信号を認識して取り込む。なお、電力線２に畳重される信号には予め送信先の通信装置に割り当てられたアドレス情報が付加されており、結合器１２はそのアドレス情報に基づいて取り込むべき信号を認識する。結合器１２によって取り込まれた信号はＢＰＳ（バンドパスフィルタ）１３に入力され、ＢＰＳ１３では予め設定された周波数範囲の信号だけを出力する。このＢＰＳ１３によりノイズが除去される。ＢＰＳ１３から出力された信号は、ＯＦＤＭ復調器１４に入力される。
ＯＦＤＭ復調器１４に入力された信号はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１４１に入力され、Ａ／Ｄ１４１は入力された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ１４１から出力された信号は伸長器１４２に入力され、伸長器１４２は圧縮器１０４の逆変換となるような増幅率により信号を増幅（伸長）する。第２図（ｂ）は、伸長器１４２における増幅率、すなわち入力振幅とそれに対する出力振幅とを示す。第２図（ｂ）に示すように、伸長器１４２は、入力振幅が０から０．０３の範囲では増幅率を１とし、入力振幅が０．０３以上の範囲では増幅率を圧縮器１０４における増幅率の逆数である８としている。つまり、伸長器１４２でも入力振幅０．０３を閾値として増幅率を変化させている。しかも、閾値０．０３以上の入力振幅に対する増幅率は、圧縮器１０４の増幅率の逆数としているので、圧縮器１０４の入力信号（源信号）と同じ信号が伸長器１４２の出力信号として得られる。
第４図（ａ）は、伸長を行わなかった場合の信号点配置誤差を示し、第４図（ｂ）は、本実施例のように伸長を行った場合の信号点配置誤差を示す。図に示されるように、第４図（ａ）の伸長を行わない場合に比べて、第４図（ｂ）の伸長を行った場合の信号点配置誤差は非常に小さくなっている。このように、圧縮して送信した信号に対してＯＦＤＭ復調する前に伸長を行うことで送信信号の歪みを除去することができ、正しく復調することが可能となる。
伸長器１４２から出力された信号は直交復調器１４３に入力され、直交復調器１４３は入力された信号を実数信号から複素数信号に変換する。直交復調器１４３によって得られた複素数信号は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）１４４に入力され、高速フーリエ変換されることによって周波数領域の信号が生成される。ＦＦＴ１４４により得られた信号はデマッピング１４５に入力され、デマッピング１４５は入力された信号を複素数データから０，１パターンのデータに変換する。このデータが受信データである。このようにして、通信装置１ａから通信装置１ｂへのデータの送信が行われる。
ここで、圧縮器１０４における閾値の決定方法について説明する。閾値を小さくするほどピーク電力は小さくなるが、それに伴い平均電力も低下するため、閾値を小さくしすぎるとピーク比の低減効果が小さくなる。例えば極端な例として、閾値を０とする場合には、信号全体が圧縮されるためにピーク電力は小さくなるがピーク比は変わらない。ＯＦＤＭ変調信号では大きな振幅の頻度は少ないので、その大きな振幅のみを圧縮するように閾値を設定するとよい。第５図（ａ）は、１周期２５６個のＯＦＤＭ変調信号に対して振幅度数を１００回計数した結果を示し、第５図（ｂ）は入力振幅とその累積頻度との関係を示す。この計数結果において、平均電力換算の振幅は０．０２であり、０．０２以下の累積頻度は約０．７である。また、振幅０．０４では累積頻度が０．９５となっている。ＯＦＤＭ変調信号の瞬時電力分布はカイ２乗分布となることが知られており、第５図の結果はそれと一致している。従って、閾値を平均振幅０．０２以下に設定すると、平均電力が低下し、圧縮する信号の度数も増えるので好ましくない。一方、閾値を平均振幅の３倍以上に設定すると、圧縮する信号の度数が少なくなりすぎ、ピーク電力の低減効果が小さくなるので好ましくない。よって、閾値は平均電力換算振幅の１〜３倍の範囲内で設定するのが望ましい。更に、送信信号の歪みを小さくする、すなわち圧縮する信号の頻度を最小限にすることを考慮すれば、閾値は平均電力の振幅の２倍程度が良い。
次に、圧縮器１０４における増幅率について説明する。閾値を越える振幅に対する増幅率が小さいほどピーク比を低減できる。しかし、小さくしすぎるとデジタル値での量子化誤差が増えてしまう。従って、閾値以下の増幅率に対して１／１０程度を閾値以上の増幅率の下限とするとよい。
以上説明した本実施例の圧縮器１０４について、数式を用いて説明する。圧縮器１０４の入力信号をｘ，出力信号をｙ，閾値をｓとすると、圧縮器１０４における入力信号ｘ及び出力信号ｙの関係は（数１）となる。

ここで、Ｇ１及びＧ２は増幅率であり、増幅率Ｇ１＞増幅率Ｇ２である。
（数１）に示すように、入力信号ｘが閾値ｓを超える場合は、閾値ｓを越える部分を増幅率Ｇ２で増幅するが、閾値ｓ以下の部分に対応する増幅率Ｇ１よりも増幅率Ｇ２は小さいため、閾値ｓを超える部分は閾値ｓ以下の部分よりも圧縮される。これにより、ピーク電力を確実に低減することができ、かつ平均電力の低下は小さいため、ピーク比が低減される。なお、全ての入力振幅を１以下の増幅率（一定）で増幅すれば、出力のピーク電力は低減できるが、平均電力も同一比率で低下するため、ピーク比は低減できない。つまり、本実施例のように振幅の比較的大きな部分のみを圧縮しなければピーク比を抑制することはできない。なお、伸長器１４２における閾値はｓ×Ｇ１とし、閾値を越える部分の増幅率はＧ２の逆数にすれば良い。第２図（ｃ）は、圧縮器１０４における増幅率の他の一例を示している。図示するように、閾値よりも小さな入力振幅に対してＧ１より低い増幅率であれば増幅率をＧ３のように連続的に変化させても同様の効果が得られる。
（実施例２）
次に、本発明の他の実施例である通信システムについて実施例１と異なる点を説明する。上述したようにＯＦＤＭ変調信号はキャリアの合成によりピーク比が高くなる。しかし、各キャリアの振幅、位相の組合せによってはピーク比が小さい場合もあり、その場合には圧縮が不要であるので圧縮を行わない。そして、送信信号に信号を圧縮したか否かの情報を付加して送信し、受信側ではその情報に従って、圧縮した信号であれば伸長器１４２に入力し、伸長後にＯＦＤＭ復調する。非圧縮の受信信号であれば、伸長器１４２を介さずにＯＦＤＭ復調する。圧縮した信号を伸長しても多少の歪みは残ってしまうため、本実施例のように圧縮が不要な場合には非圧縮とすることで、不必要な圧縮を避け、歪みの発生を抑制することができる。それにより、通信の信頼性を更に向上させることができる。
（実施例３）
続いて、本発明の他の実施例である通信システムについて、実施例１と異なる点を第６図を用いて説明する。第６図は、本実施例のＯＦＤＭ変調器１０′及びＯＦＤＭ復調器１４′の構成を示している。図示するように、本実施例のＯＦＤＭ変調器１０′は、２つの圧縮器１０４ａ，１０４ｂを備えており、また、圧縮器１０４ａ，１０４ｂの後段に直交変調器１０３が設けられている。ＩＦＦＴ１０２から出力された複素数信号は、実数信号及び虚数信号に分けられて、実数信号が圧縮器１０４ａに入力され、虚数信号が圧縮器１０４ｂに入力される。圧縮器１０４ａ，１０４ｂはそれぞれ実数信号及び虚数信号に対して実施例１と同様に圧縮を行う。圧縮器１０４ａ，１０４ｂにて圧縮された実数信号及び虚数信号は、直交変調器１０３に入力され、直交変調器１０３は入力された複素数信号（実数信号及び虚数信号）を実数信号に変換する。このように、圧縮器を実数信号及び虚数信号それぞれに対して設けることにより、例えば、実数信号のピーク電力が閾値よりも小さく、ピーク比も小さい場合には、実数信号について圧縮が行われないため、信号の歪みが生じない。一方、受信側となるＯＦＤＭ復調器１４′では、直交復調器１４３によって得られた複素数信号が実数信号及び虚数信号に分けられて、それぞれ伸長器１４２ａ，１４２ｂに入力される。伸長器１４２ａの増幅率は圧縮器１０４ａの逆変換を行うように設定されており、伸長器１４２ｂの増幅率は圧縮器１０４ｂの逆変換を行うように設定されている。
本実施例によれば、複素数信号を実数信号及び虚数信号に分けてピーク比の小さな信号については圧縮を行わないため、信号の歪みを低減することが可能となり、通信の信頼性を更に向上させることができる。
以上説明した各実施例では、電力線搬送によってデータ送受信を行う場合について説明したが、本発明は電力線搬送以外の通信方法にも適用可能である。また、各実施例では、マルチキャリア変調方式の例としてＯＦＤＭ方式について説明したが、本発明はＯＦＤＭ方式以外のマルチキャリア変調方式にも適用可能である。
産業上の利用可能性
本発明は、ＯＦＤＭ方式のようなマルチキャリア変調方式により通信を行う通信システムに適用できる。この適用により、通信速度を低下させることなく、ピーク比を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の好適な一実施例である通信システムの構成図、第２図は、圧縮器１０４及び伸長器１４２に設定された増幅率の特性図、第３図は、圧縮器１０４の入力信号（源信号）、出力信号（圧縮信号）及び源信号と圧縮信号のピーク比を示す図、第４図は、伸長を行わない場合と伸長を行った場合における信号点配置誤差を示す図、第５図は、入力振幅と出現頻度との関係及び入力振幅と累積頻度との関係を示す図、第６図は、本発明の他の実施例である通信システムの構成図である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a communication device that performs communication using a multicarrier modulation method such as an orthogonal frequency division multiplexing method and a communication system using the same.
BACKGROUND ART In a communication technology using a carrier (carrier), a method of transmitting data by modulating the amplitude, phase or frequency of one carrier is called a single carrier modulation method. On the other hand, a method of combining a plurality of carriers whose amplitudes or phases are modulated to generate a transmission signal is called a multi-carrier modulation method. When the transmission speed is the same, the multi-carrier modulation method has a characteristic that the transmission time can be increased by several times the number of carriers, so that the multi-carrier modulation method is less susceptible to the reflected wave generated in the communication path.
The orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter, referred to as OFDM) system is one of the multicarrier modulation systems, and the frequency use efficiency is high because the frequency interval between carriers can be minimized. For this reason, it has been adopted as an xDSL (Digital Subscriber Line) modulation method using power line carrier, digital television broadcasting, wireless and telephone lines.
In the multi-carrier modulation method, not limited to the OFDM method, a plurality of carriers are combined into a transmission signal, so that the transmission signal has a relatively high peak amplitude with respect to the effective value of the amplitude of the transmission signal. That is, the ratio of peak power to average power (hereinafter, peak power / average power is referred to as peak ratio) is high. In general, a communication device has a regulated transmission power, and therefore cannot increase the average power if the peak ratio is high as in the multicarrier modulation method. The transmission characteristics of a communication device are determined by the signal-to-noise ratio (S / N) of the transmission line including the communication device. As described above, the average power cannot be increased by the multicarrier modulation method, so that the S / N is increased. And transmission errors increase as a result. In addition, since the peak ratio is high, an amplifier having a large maximum power must be used as a transmission amplifier, which increases the cost of the transmission amplifier. Furthermore, the dynamic range of a digital processing circuit used for signal processing for transmission and reception must be increased.
Conventional techniques for reducing the peak ratio include JP-A-8-97797, JP-A-10-178411, and JP-A-11-163826. In these conventional techniques, the arrangement of transmission data is reduced. Therefore, there is a problem that a complicated operation for array conversion for reducing the peak power generated by the above is required, and an effective transmission speed is reduced by adding a redundant bit for limiting the data array.
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a communication device capable of reducing a peak ratio without lowering a transmission rate when performing communication using a multicarrier modulation scheme, and a communication system using the same. .
The feature of the present invention to achieve the above object is to input a modulated signal obtained by combining a plurality of carriers modulated by transmission data, and to input a first amplification factor for a signal equal to or less than a predetermined threshold value, A compressor for amplifying the modulated signal with a second amplification factor for a signal having a value smaller than 1 and exceeding the set threshold value, and a transmission signal obtained based on an output signal of the compressor is transmitted. Transmission means.
By making the amplification factor of the signal exceeding the threshold smaller than the amplification factor of the signal below the threshold, the signal exceeding the threshold is compressed as compared with the signal below the threshold, so that the peak power of the modulation signal is reduced, In addition, since the decrease in the average power is suppressed to be smaller than the decrease in the peak power, the peak ratio is reduced. Further, since there is no need to add redundant bits for limiting the data arrangement unlike the related art, the transmission speed is not reduced.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Example 1)
FIG. 1 shows a configuration of a communication system according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the communication system of the present embodiment, a plurality of communication devices 1a, 1b, 1c... Are connected via a power line 2, and each communication device 1a, 1b, 1c. Data is transmitted to and received from each other by superposing the signals. That is, the communication device of the present embodiment is a power line carrier device that transmits and receives data by power line carrier. The communication devices 1a, 1b, 1c,... Have the same device configuration, and their operations are the same.
Hereinafter, a case where data is transmitted from the communication device 1a to the communication device 1b will be described. First, transmission data to be transmitted to the communication device 1b is input to the OFDM modulator 10 of the communication device 1a. In the OFDM modulator 10, the input transmission data is input to a mapping 101, and the mapping 101 converts the input transmission data from 0 and 1 patterns to complex data. This complex number data becomes the amplitude data of each carrier. The obtained complex number data is input to an inverse fast Fourier transform (IFFT) 102, and is subjected to inverse fast Fourier transform to generate a modulated signal in the time domain. In this embodiment, an inverse fast Fourier transform is employed to combine a plurality of carriers having different amplitudes and frequencies. A complex signal obtained by the inverse fast Fourier transform by the IFFT 102 is input to the quadrature modulator 103. The quadrature modulator 103 converts the input complex number signal into a real number signal and outputs it. Conventionally, the signal obtained by the quadrature modulator 103 is converted into an analog signal and then transmitted by being superposed on the power line 2. In this embodiment, the signal is compressed before being converted into the analog signal. .
The real number signal output from the quadrature modulator 103 is input to a compressor 104, and the compressor 104 amplifies (compresses) the input signal at a preset amplification factor. FIG. 2A shows an amplification factor in the compressor 104, that is, an amplitude of an input signal (hereinafter, referred to as an input amplitude) and an amplitude of an output signal corresponding thereto (hereinafter, referred to as an output amplitude). As shown in FIG. 2 (a), the compressor 104 sets the amplification factor to 1 when the input amplitude is in a range from 0 to 0.03, and increases the amplification factor to 1/8 (when the input amplitude is 0.03 or more). 0.125). That is, the amplification factor is changed with the input amplitude 0.03 as the threshold value. The method for determining the threshold value and the amplification factor will be described later.
FIG. 3B shows a signal after compression when the signal shown in FIG. 3A is input to the compressor 104. When a multi-carrier modulation scheme such as the OFDM modulation scheme is used, an input signal (called a source signal) of the compressor 104 is pulsed as shown in FIG. The waveform has a point with a large amplitude due to the change in the amplitude. When the source signal shown in FIG. 3 (a) is compressed by the compressor 104, as shown in FIG. 3 (b), the amplitude of 0.03 or more is greatly compressed, so that there is no prominent peak. As described above, the compressor 104 of this embodiment can reduce the peak power by compressing the amplitude to 1/8 in the range of 0.03 or more, which is the threshold, that is, compressing the large amplitude. Since the amplitude of 03 or less is not compressed with the amplification factor set to 1, the average power hardly decreases. Therefore, the peak ratio, which is the ratio between the peak power and the average power, is significantly reduced. FIG. 3 (c) shows a result obtained by simulation of the relationship between the peak ratio of the source signal, the peak ratio of the compressed signal, and the number of trials when random data is given as transmission data. As shown in the figure, the peak ratio of the source signal is close to 20 at the maximum, while the peak ratio of the compressed signal is reduced to 5 or less. As described above, according to the present embodiment, the maximum value of the peak ratio can be reduced to about 1/4 as compared with the case where no signal compression is performed. It can be reduced to a quarter. Conversely, when the same amplifier as the conventional one is used, the transmission power can be increased up to four times.
The signal output from the compressor 104 is input to a digital / analog converter (D / A) 105, and the D / A 105 converts the input signal from a digital signal to an analog signal and outputs the signal. The signal output from the D / A 105 is input to the amplifier 11 as an OFDM modulation signal output from the OFDM modulator 10. The amplifier 11 amplifies the input OFDM modulated signal at a preset amplification factor, and the OFDM modulated signal amplified by the amplifier 11 is input to the coupler 12. The combiner 12 multiplexes the input OFDM modulated signal onto the power line 2.
The OFDM modulated signal superimposed on the power line 2 is received by the communication device 1b. The coupler 12 of the communication device 1b recognizes and takes in the signal output to the communication device 1b among the signals superimposed on the power line 2. Note that address information assigned in advance to the communication device of the transmission destination is added to the signal superimposed on the power line 2, and the coupler 12 recognizes a signal to be captured based on the address information. The signal captured by the coupler 12 is input to a BPS (Band Pass Filter) 13, and the BPS 13 outputs only a signal in a preset frequency range. This BPS 13 removes noise. The signal output from the BPS 13 is input to the OFDM demodulator 14.
The signal input to the OFDM demodulator 14 is input to an analog / digital converter (A / D) 141. The A / D 141 converts the input signal from an analog signal to a digital signal and outputs the signal. The signal output from the A / D 141 is input to the decompressor 142, and the decompressor 142 amplifies (decompresses) the signal with an amplification factor that causes the inverse conversion of the compressor 104. FIG. 2B shows an amplification factor in the expander 142, that is, an input amplitude and an output amplitude corresponding thereto. As shown in FIG. 2 (b), the decompressor 142 sets the amplification factor to 1 when the input amplitude is in the range of 0 to 0.03, and sets the amplification factor in the compressor 104 when the input amplitude is in the range of 0.03 or more. It is set to 8 which is the reciprocal of the amplification factor. That is, the expander 142 also changes the amplification factor using the input amplitude 0.03 as the threshold. Moreover, since the amplification factor for an input amplitude equal to or greater than the threshold value 0.03 is the reciprocal of the amplification factor of the compressor 104, the same signal as the input signal (source signal) of the compressor 104 is obtained as the output signal of the decompressor 142. .
FIG. 4 (a) shows a signal point arrangement error in the case where expansion is not performed, and FIG. 4 (b) shows a signal point arrangement error in the case where expansion is performed as in the present embodiment. As shown in the figure, the signal point arrangement error when the extension in FIG. 4B is performed is much smaller than when the extension in FIG. 4A is not performed. In this way, by expanding the compressed and transmitted signal before performing the OFDM demodulation, the distortion of the transmitted signal can be removed, and the signal can be correctly demodulated.
The signal output from the decompressor 142 is input to the quadrature demodulator 143, and the quadrature demodulator 143 converts the input signal from a real number signal to a complex number signal. The complex signal obtained by the quadrature demodulator 143 is input to a fast Fourier transformer (FFT) 144, and is subjected to fast Fourier transform to generate a signal in the frequency domain. The signal obtained by the FFT 144 is input to the demapping 145, and the demapping 145 converts the input signal from complex data to 0,1 pattern data. This data is the received data. In this way, data transmission from the communication device 1a to the communication device 1b is performed.
Here, a method of determining a threshold value in the compressor 104 will be described. The peak power decreases as the threshold value decreases, but the average power also decreases accordingly. Therefore, if the threshold value is reduced too much, the effect of reducing the peak ratio decreases. For example, as an extreme example, when the threshold is set to 0, the peak power is reduced because the entire signal is compressed, but the peak ratio does not change. Since the frequency of a large amplitude is small in an OFDM modulated signal, a threshold value should be set so as to compress only the large amplitude. FIG. 5 (a) shows the result of counting the amplitude frequency 100 times for 256 OFDM modulated signals in one cycle, and FIG. 5 (b) shows the relationship between the input amplitude and its cumulative frequency. In this counting result, the average power conversion amplitude is 0.02, and the cumulative frequency of 0.02 or less is about 0.7. The cumulative frequency is 0.95 at the amplitude of 0.04. It is known that the instantaneous power distribution of the OFDM modulated signal is a chi-square distribution, and the results in FIG. 5 are consistent with this. Therefore, setting the threshold to an average amplitude of 0.02 or less is not preferable because the average power decreases and the frequency of the signal to be compressed increases. On the other hand, if the threshold value is set to three times or more the average amplitude, the frequency of the signal to be compressed becomes too small, and the effect of reducing the peak power is undesirably reduced. Therefore, it is desirable to set the threshold value within a range of 1 to 3 times the average power conversion amplitude. Further, in consideration of minimizing the distortion of the transmission signal, that is, minimizing the frequency of the signal to be compressed, the threshold value is preferably about twice the amplitude of the average power.
Next, the amplification factor in the compressor 104 will be described. The peak ratio can be reduced as the amplification factor for the amplitude exceeding the threshold is smaller. However, if the value is too small, a quantization error in a digital value increases. Therefore, the lower limit of the amplification factor above the threshold is preferably about 1/10 of the amplification factor below the threshold.
The above-described compressor 104 of the present embodiment will be described using mathematical expressions. Assuming that the input signal of the compressor 104 is x, the output signal is y, and the threshold is s, the relationship between the input signal x and the output signal y in the compressor 104 is (Equation 1).

Here, G1 and G2 are amplification factors, and the amplification factor G1> the amplification factor G2.
As shown in (Equation 1), when the input signal x exceeds the threshold s, the portion exceeding the threshold s is amplified by the amplification factor G2, but the amplification factor G2 is higher than the amplification factor G1 corresponding to the portion equal to or smaller than the threshold s. Is smaller, the part exceeding the threshold s is compressed more than the part below the threshold s. As a result, the peak power can be reliably reduced, and the decrease in the average power is small, so that the peak ratio is reduced. Note that if all input amplitudes are amplified with an amplification factor (constant) of 1 or less, the output peak power can be reduced, but the average power also decreases at the same ratio, so the peak ratio cannot be reduced. That is, the peak ratio cannot be suppressed unless only a portion having a relatively large amplitude is compressed as in the present embodiment. Note that the threshold in the decompressor 142 may be s × G1, and the amplification factor in the portion exceeding the threshold may be the reciprocal of G2. FIG. 2C shows another example of the amplification factor in the compressor 104. As shown in the figure, the same effect can be obtained even if the gain is continuously changed like G3 if the gain is lower than G1 with respect to the input amplitude smaller than the threshold.
(Example 2)
Next, a difference of the communication system according to another embodiment of the present invention from the first embodiment will be described. As described above, the peak ratio of the OFDM modulated signal increases due to the combination of the carriers. However, the peak ratio may be small depending on the combination of the amplitude and the phase of each carrier. In such a case, compression is not performed because compression is unnecessary. Then, information on whether or not the signal has been compressed is added to the transmission signal and transmitted. On the receiving side, if the signal is a compressed signal, the signal is input to the decompressor 142, and after decompression, OFDM demodulation is performed. If the signal is an uncompressed received signal, OFDM demodulation is performed without passing through the decompressor 142. Even if the compressed signal is expanded, some distortion remains, so if compression is not required as in the present embodiment, uncompression is used to avoid unnecessary compression and suppress distortion. be able to. Thereby, the reliability of communication can be further improved.
(Example 3)
Next, a communication system according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the configuration of the OFDM modulator 10 'and OFDM demodulator 14' of this embodiment. As shown, the OFDM modulator 10 'of this embodiment includes two

compressors

104a and 104b, and a quadrature modulator 103 is provided downstream of the

compressors

104a and 104b. The complex signal output from the IFFT 102 is divided into a real signal and an imaginary signal, and the real signal is input to the compressor 104a, and the imaginary signal is input to the compressor 104b. The

compressors

104a and 104b compress the real number signal and the imaginary number signal in the same manner as in the first embodiment. The real number signal and the imaginary number signal compressed by the

compressors

104a and 104b are input to the quadrature modulator 103, and the quadrature modulator 103 converts the input complex number signal (real number signal and imaginary number signal) into a real number signal. As described above, by providing the compressor for each of the real number signal and the imaginary number signal, for example, when the peak power of the real number signal is smaller than the threshold and the peak ratio is also small, the compression is not performed on the real number signal. No signal distortion occurs. On the other hand, in the OFDM demodulator 14 'on the receiving side, the complex number signal obtained by the quadrature demodulator 143 is divided into a real number signal and an imaginary number signal and input to the

decompressors

142a and 142b, respectively. The amplification factor of the decompressor 142a is set to perform the inverse conversion of the compressor 104a, and the amplification factor of the decompressor 142b is set to perform the inverse conversion of the compressor 104b.
According to this embodiment, since a complex signal is divided into a real signal and an imaginary signal and a signal having a small peak ratio is not compressed, signal distortion can be reduced, and communication reliability is further improved. be able to.
In each of the embodiments described above, the case where data transmission / reception is performed by power line carrier has been described. However, the present invention is also applicable to communication methods other than power line carrier. Further, in each embodiment, the OFDM system has been described as an example of the multicarrier modulation system, but the present invention is also applicable to a multicarrier modulation system other than the OFDM system.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a communication system that performs communication using a multicarrier modulation scheme such as the OFDM scheme. With this application, the peak ratio can be reduced without lowering the communication speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a communication system according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram of amplification factors set in a compressor 104 and a decompressor 142, and FIG. FIG. 4 shows an input signal (source signal), an output signal (compressed signal), and a peak ratio between the source signal and the compressed signal of FIG. 104. FIG. FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an input amplitude and an appearance frequency and a relationship between an input amplitude and a cumulative frequency, and FIG. 6 is a configuration diagram of a communication system according to another embodiment of the present invention. .

【０００４】
１ｂ，１ｃ…は、同じ装置構成となっており、その動作も同様である。
以下、通信装置１ａから通信装置１ｂにデータを送信する場合について説明する。まず、通信装置１ｂへ送信する送信データが、通信装置１ａのＯＦＤＭ変調器１０に入力される。ＯＦＤＭ変調器１０において、入力された送信データはマッピング１０１に入力され、マッピング１０１は入力された送信データを０，１パターンから複素数データに変換する。この複素数データが、各キャリアの振幅データとなる。得られた複素数データは、逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）１０２に入力され、逆高速フーリエ変換されることによって時間領域での変調信号が生成される。なお、本実施例では、振幅及び周波数の異なる複数のキャリアを合成するため、逆高速フーリエ変換を採用している。ＩＦＦＴ１０２による逆高速フーリエ変換によって得られた複素数信号は、直交変調器１０３に入力される。直交変調器１０３は、入力された複素数信号を実数信号に変換して出力する。従来は、この直交変調器１０３で得られた信号をアナログ信号に変換した後、電力線２に畳重して送信していたが、本実施例ではアナログ信号に変換する前に信号の圧縮を行う。
直交変調器１０３から出力された実数信号は圧縮器１０４に入力され、圧縮器１０４は入力された信号を予め設定された増幅率で増幅（圧縮）する。第２図（ａ）は、圧縮器１０４における増幅率、すなわち入力信号の振幅（以下、入力振幅と呼ぶ）とそれに対する出力信号の振幅（以下、出力振幅と呼ぶ）とを示す。第２図（ｃ）に示すように、圧縮器１０４は、入力振幅が０から０．０３の範囲では増幅率を１とし、入力振幅が０．０３以上の範囲では増幅率を１／８（０．１２５）としている。つまり、入力振幅０．０３を閾値として増幅率を変化させている。なお、この閾値及び増幅率の決定方法については後述する。[0004]
1b, 1c... Have the same device configuration, and the operation is the same.
Hereinafter, a case where data is transmitted from the communication device 1a to the communication device 1b will be described. First, transmission data to be transmitted to the communication device 1b is input to the OFDM modulator 10 of the communication device 1a. In the OFDM modulator 10, the input transmission data is input to a mapping 101, and the mapping 101 converts the input transmission data from 0 and 1 patterns to complex data. This complex number data becomes the amplitude data of each carrier. The obtained complex number data is input to an inverse fast Fourier transform (IFFT) 102, and is subjected to inverse fast Fourier transform to generate a modulated signal in the time domain. In this embodiment, an inverse fast Fourier transform is employed to combine a plurality of carriers having different amplitudes and frequencies. A complex signal obtained by the inverse fast Fourier transform by the IFFT 102 is input to the quadrature modulator 103. The quadrature modulator 103 converts the input complex number signal into a real number signal and outputs it. Conventionally, the signal obtained by the quadrature modulator 103 is converted into an analog signal and then transmitted by being superposed on the power line 2. In this embodiment, the signal is compressed before being converted into the analog signal. .
The real number signal output from the quadrature modulator 103 is input to a compressor 104, and the compressor 104 amplifies (compresses) the input signal at a preset amplification factor. FIG. 2A shows an amplification factor in the compressor 104, that is, an amplitude of an input signal (hereinafter, referred to as an input amplitude) and an amplitude of an output signal corresponding thereto (hereinafter, referred to as an output amplitude). As shown in FIG. 2 (c), the compressor 104 sets the amplification factor to 1 when the input amplitude is in the range of 0 to 0.03, and increases the amplification factor to 1/8 (when the input amplitude is 0.03 or more). 0.125). That is, the amplification factor is changed with the input amplitude 0.03 as the threshold value. The method for determining the threshold value and the amplification factor will be described later.

Claims

A modulated signal obtained by combining a plurality of carriers modulated by transmission data is input, and a first amplification factor for a signal equal to or less than a preset threshold value and a value smaller than the first amplification factor are set. A compressor that amplifies the modulated signal with a second amplification factor for a signal that exceeds the threshold, and a transmitting unit that transmits a transmission signal obtained based on an output signal of the compressor. Communication device.

The communication device according to claim 1, wherein the threshold value is set to a value within a range of 1 to 3 times an average value of the amplitude of the modulation signal.

The communication device according to claim 1, wherein the first amplification factor is a value equal to or less than 10 times the second amplification factor.

The communication device according to claim 1, wherein the modulation signal is a modulation signal obtained by an orthogonal frequency division multiplexing method.

A modulated signal obtained by combining a plurality of carriers modulated by transmission data is input, and a first amplification factor for a signal equal to or less than a preset threshold value and a value smaller than the first amplification factor are set. A compressor that amplifies the modulated signal with a second amplification factor for a signal that exceeds the threshold, and a first communication device that includes a transmission unit that transmits a transmission signal obtained based on an output signal of the compressor;
A second unit having a receiving unit that receives the transmission signal transmitted by the transmitting unit, and a decompressor that amplifies the signal received by the receiving unit so as to perform inverse conversion to amplification of the modulation signal in the compressor. A communication device;
A communication system comprising:

The expander amplifies a signal that is equal to or less than a value obtained by multiplying the threshold by the first amplification by an inverse of the first amplification, and exceeds a value obtained by multiplying the threshold by the first amplification. 6. The communication system according to claim 5, wherein the signal is amplified by a reciprocal of the second amplification factor.

The communication system according to claim 5, wherein the threshold value is set to a value within a range of 1 to 3 times an average value of the amplitude of the modulation signal.

The communication system according to claim 5, wherein the first amplification factor is a value equal to or less than 10 times the second amplification factor.

The communication device according to claim 5, wherein the modulation signal is a modulation signal obtained by an orthogonal frequency division multiplexing method.

The communication system according to claim 5, wherein the transmitting unit transmits the transmission signal by superimposing the transmission signal on a power line, and the receiving unit receives the transmission signal superimposed on the power line. .