WO2004102912A1 - 変調方法、変調装置、復調装置及び無線通信システム - Google Patents

変調方法、変調装置、復調装置及び無線通信システム Download PDF

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WO2004102912A1
WO2004102912A1 PCT/JP2004/006860 JP2004006860W WO2004102912A1 WO 2004102912 A1 WO2004102912 A1 WO 2004102912A1 JP 2004006860 W JP2004006860 W JP 2004006860W WO 2004102912 A1 WO2004102912 A1 WO 2004102912A1
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nyquist
signal
modulation
quadrature
signals
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PCT/JP2004/006860
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English (en)
French (fr)
Inventor
Genichiro Ota
Kazunori Inogai
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
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Priority to US10/556,387 priority patent/US20060233282A1/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying

Definitions

  • the present invention relates to a modulation method, a modulation device, a demodulation device, and a wireless communication system for improving frequency use efficiency.
  • MIMO Multilnput Multi Output
  • the current modulation scheme for mobile communication is based on quadrature modulation, which is so-called digital communication, and provides the highest frequency utilization efficiency at present.
  • quadrature amplitude modulation QAM
  • 16 QAM is the largest under multipath fading with high-speed fluctuation, and 4 bits Z se C / 2 Hz, that is, 2 bits / sec / Hz is the peak.
  • This communication can be performed by using multiple propagation paths using multiple antennas. Research is being done to ensure more independence as much as possible and to seek further spectral efficiency. For example, if vertical polarization and horizontal polarization are used, it is possible to send different information on the same frequency, so if 16QAM is used for each, theoretically a maximum frequency utilization efficiency of 4 bits / sec / Hz is achieved it can. However, signal processing to make full use of the orthogonality (independence) between vertical and horizontal polarization in the reflected wave and moving environment on the receiving side is a burden that is greater than having twice the conventional equipment. Become.
  • the technology base that has improved the frequency utilization efficiency is called the Nyquist theory, an independent signal wave utilization technology with high orthogonality to adjacent signal waves (that is, low interference with adjacent signal symbols) and an adjacent signal wave called partial response or wavelet.
  • This is a technique for reducing intersymbol interference with a signal wave.
  • this kind of technology for example, there is a technology described in Japanese Patent Publication No. 1988-92143.
  • X in sin (X) Zx is used as the time axis variable for phase modulation (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM), and for the frequency axis variable as orthogonal frequency multiplex communication ( OFDM). Since the time axis and the frequency axis are physically orthogonal to each other, it is possible to use, for example, 16 QAM-OFDM as one of the primary modulation and the other as the secondary modulation.
  • This modulation method has achieved high communication effects, such as maintaining high frequency use efficiency and securing mobile communication capability.
  • the conventional digital modulation technique will be described in detail.
  • One of the main purposes of digital modulation is to achieve high frequency utilization efficiency.
  • the technology It is called band limiting technology. In other words, it is a technology that achieves the highest possible information transmission within a given frequency bandwidth.
  • analog transmission there is little room for compression and high-efficiency modulation as well as redundancy because modulation is performed with the amount of information itself.
  • a typical method of digital modulation band limiting is to use a Nyquist filter.
  • the method using a Nyquist filter is a method in which a symbol is given Nyquist characteristics to reduce interference between signals (symbols) on the time axis to achieve high-density symbol embedding.
  • h (t) sin ( ⁇ t / T) / ( ⁇ t / T) (1)
  • the degree of band limitation by the Nyquist filter is determined by the roll-off rate.
  • the roll-off rate ranges from 0 to 1. For example, if the roll-off rate is 0.5, the required bandwidth is 1.5 times the transmission rate. For this reason, it is desirable to reduce the roll-off rate to 0 in order to increase the frequency use efficiency.
  • Figure 1 shows the principle of conventional digital quadrature modulation (QPSK). Since the I-axis signal is placed on the cosine carrier, the signal point, that is, the apex of the Nyquist wave, is located at zero phase. Since the Q-axis signal is placed on the sine carrier, a signal point, that is, the apex of the Nyquist wave, is located at phase 2. The I-axis signal is arranged at the waveform position shown as the I-axis signal (+1) in FIG. 1 if the information signal is "1" and the polarity is convex upward.
  • QPSK digital quadrature modulation
  • the arrangement is convex downward, so that it is arranged at the waveform position shown as the I-axis signal (1-1) in FIG.
  • the Q-axis signal is arranged at the waveform position shown as the Q-axis signal (+1) in FIG.
  • the information signal has a downward convex arrangement. Therefore, the information signal is arranged at the waveform position shown as the Q-axis signal (1-1) in FIG.
  • the Nyquist waveform is completely one during the symbol period T. This is because the NRZ (non-return-to-zero) signal is converted to a Nyquist signal, and the edge of the Nyquist wave, that is, the I-axis signal (+1) shown in FIG. Although it becomes Null at the position, it does not mean Null, that is, zero potential. For this reason, adjacent symbols cannot be arranged at the ⁇ position unlike OFDM.
  • Fig. 2 shows the state.
  • Figure 2 focuses on the quadrature-modulated I-axis signal only.
  • symbols should be able to be arranged at every phase interval ⁇ , but the null point of Nyquist wave is "1" instead of zero. For this reason, it will completely interfere with the Nyquist wave of the succeeding adjacent symbol, and the combined value will be zero. In other words, it is impossible to arrange symphonore in ⁇ phase as seen from Nyquist theory.
  • An object of the present invention is to provide a modulation method, a modulation device, a demodulation device, and a wireless communication system that can improve frequency use efficiency as compared with a conventional modulation method.
  • the purpose of this is to provide a Nyquist signal of a first input symbol and a Nyquist signal of a second input symbol obtained by giving the Nyquist signal a delay difference that is an integral multiple of 14 periods of the symbol period of the input symbol. This is achieved by performing quadrature modulation using a cosine wave having an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal as a carrier.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining the principle of the conventional digital quadrature modulation (QPSK);
  • Fig. 2 is a diagram showing the symbol arrangement of the conventional quadrature modulation and the positions where new symbols should be considered from Nyquist theory;
  • FIG. 3 is a diagram showing a constellation example when a new symbol is added according to the present invention.
  • Figure 4 shows the Nyquist wave multiplexing and the symphony period
  • FIG. 5 is a diagram showing how to place a QPSK ring according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a signal arrangement and a method of a modulated wave which is a basis of the present invention
  • FIG. 7 is a waveform diagram for explaining modulation of a Nyquist wave by a carrier
  • Figure 9 shows that using the Nyquist waveform, two bits can be sent in the symbol interval on the I-axis and Q-axis;
  • Fig. 10 shows a case where Nyquist signals are inserted at ⁇ intervals on the I-axis and Q-axis, respectively.
  • FIG. 11 is a diagram showing the insertion positions of new symbols on each of the I axis and the Q axis in the present invention
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a modulation device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 13 is a waveform diagram illustrating a waveform of a modulation signal obtained by the modulation device according to Embodiment 1;
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a demodulation device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 15 (a) is a diagram showing a waveform of an input symbol after Nyquist shaping
  • FIG. 15 (c) is a waveform diagram showing a primary modulation waveform when the modulation device of the first embodiment modulates the primary modulation carrier of FIG. 15 (b) with the input symbol of FIG. 15 (a). ;
  • l 6 (a) is a diagram showing an envelope of a secondary modulation wave obtained by the modulation device of the first embodiment
  • FIG. 16 (b) is a diagram showing a spectrum of a secondary modulation wave obtained by the modulation device according to the first embodiment
  • FIG. 17 is a diagram showing a simulation result of comparing the communication quality between the modulation signal obtained by the modulation device of the first embodiment and the conventional QP SK and 16 QAM.
  • FIG. 18 shows the result of the modulation device of the second embodiment. Diagram showing configuration
  • FIG. 19 is a diagram showing a configuration of the demodulation device of the second embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing a configuration of the modulation device according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing a configuration of the demodulation device of the third embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of the modulation device according to the fourth embodiment.
  • the information that can be sent during the polling period is 4 bits (in the case of QPSK), and we thought that the frequency efficiency would be improved by a factor of two.
  • the third axis (Z axis) is considered as a phase dimension.
  • the present invention has been made based on such considerations, and provides a method for accommodating two Nyquist waves within one symbolosole period (hereinafter referred to as a dual QPSK method).
  • the dual QPSK method is intended for inter-phase multiplexing. If the Z axis is defined as the phase difference component of phase modulation, the arrangement is as shown in Fig. 5 (however, Fig. 5 shows ⁇ / 2-offset dual QPSK). .
  • FIG. 6 shows the basic concept of the dual QPSK method according to the present invention.
  • the method of the embodiment has four independent envelopes.
  • the model is as if four independent Nyquist wave envelopes were pasted on the cylinder of the analysis signal that constitutes the carrier. To accommodate four Nyquist waves within one symbol period, each symbol point differs every 90 degrees. I'm going to put my rooster.
  • FIG. 7 shows a basic idea for realizing the dual QPSK method according to the present invention.
  • Figures 7 (a) and 7 (b) both show the Nyquist wave with a symphony period T multiplied (modulated) by a cosine wave with two periods.
  • the waveform after modulation is also a Nyquist wave.
  • the period is 12 of the original Nyquist wave.
  • the Nyquist wave can be expressed by the sinc function, and the product of the Nyquist wave of the symbol period T and the carrier wave (cosine wave) of the period 2T is as follows.
  • the product (modulation output) is also a S inc function and the period is
  • Fig. 7 (c) shows the waveform when combining.
  • the first requirement of the present invention is to multiply a cosine wave (carrier) by two Nyquist signals each having a delay difference that is an integer multiple of 1/4 of the symbol period.
  • the two Nyquist signals after multiplication by the cosine wave do not interfere with each other.
  • a carrier with a period of 2 T includes a DC (direct current) region after modulation, so the carrier frequency must be increased.
  • simply increasing the carrier frequency causes the Nyquist wave symbol points to interfere with each other.
  • the second requirement of the present invention is that the frequency of the cosine wave (carrier) is This is to set it to an odd multiple of the fundamental frequency of the signal.
  • the cycle of the cosine wave (carrier) to be multiplied is 2 TZ (2 n + l).
  • the Nyquist wave symbol points arranged at every T / 2 can be prevented from interfering with each other.
  • FIG. 8 shows the case where the period of the carrier wave is 2T, 2 ⁇ / 3, and 2 ⁇ / 5.
  • the gist of the present invention is that the Nyquist signal of the first input symbol and the Nyquist signal of the second input symbol having a delay difference with respect to this Nyquist signal that is an integer multiple of 1 to 4 of the symbol period of the input symbol.
  • This is to provide a quadrature modulator that performs quadrature modulation using a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal as a carrier.
  • four Nyquist signals can be arranged within one symbol period without causing interference between Nyquist signals even when double quadrature modulation is performed. Double the number of conventional symbols in the band.
  • FIG. 9 shows that two bits can be sent within a symbol section on the I axis and the Q axis by using a Nyquist waveform. It is well known that the I axis and the Q axis have a phase difference of ⁇ / 2 on quadrature modulation.
  • Fig. 10 shows that beyond the conventional two-dimensional signal constellation (constellation) by the I-axis and the Q-axis, a new two-axis according to the present invention is added to create a four-dimensional space.
  • the four axes of I-axis (negative), Q-axis (negative), S-axis (negative), and ⁇ -axis (negative) in Fig. 10 are independent of each other. Be a dimension.
  • the dotted line in FIG. 10 indicates that another symbol can be placed by performing first-order modulation.
  • Nyquist signals are inserted into the I and Q axes at ⁇ intervals. At this time, there is no orthogonality of the Nyquist signal between the conventional phase point and the new phase point. Null is not guaranteed for the side signal point.
  • a cosine wave (carrier) is used instead of simply adding a conventional symbol and a new symbol. Is multiplied to give orthogonality. Furthermore, as described above, the band is suppressed from being widened by setting the cosine wave (carrier) to a frequency which is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • FIG. 11 is a diagram showing insertion positions of new symbols on the I axis and the Q axis in the present invention.
  • two signals having a phase difference of ⁇ are orthogonally modulated.
  • the present invention performs double quadrature modulation.
  • FIG. 12 shows a configuration of the modulation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the modulation device 100 is provided on the transmission side of the wireless communication system.
  • the modulator 100 is a delay device that adds a delay difference obtained by dividing the symbol section T by a quarter to four data signals (input symbols) Bitl, Bit2, Bit3, and Bit4.
  • a first and a second quadrature modulators 109, 110 each of which has a group 102, 103, 104 and a signal having a delay difference of 12 in the symbol interval ⁇
  • It has a third quadrature modulator 113 whose input is the input, and performs quadrature modulation in two stages on the four systems of information to perform double QPS ⁇ processing. I have.
  • the modulation device 100 parallelizes the transmission data (TXD a t a) into four streams by a serial / parallel conversion circuit (SZP) lO l.
  • SZP serial / parallel conversion circuit
  • the delay units 102, 103, and 104 set the symbol period T, T / 4, of T / 4. Add delay difference.
  • symbols are arranged at four equal phase points in the symbol section. In other words, they are arranged at the positions of phase zero, phase ⁇ / 2, phase ⁇ , and phase 3 ⁇ / 2.
  • Modulator 100 forms the four signals after the delay processing by Nyquist filters 105, 106, 107, and 108, respectively, and obtains the two signals of two signals having a delay difference relationship of two (that is, a relationship of phase difference ⁇ ). Divided into pairs, the first quadrature modulator 109 and The signal is input to the second quadrature modulator 110.
  • the first quadrature modulator 109 synthesizes the two input signals by performing primary modulation on the Nyquist signal with a carrier having a period of 2TZ (2n + 1), (n: an integer).
  • the second quadrature modulator 110 synthesizes the two input signals by subjecting the Nyquist signal to primary modulation with a carrier having a period of 2 TZ (2n + 1), (n: an integer).
  • the two systems of modulated signals obtained in this manner are input to bandpass filters (BPF) 111 and 112.
  • BPF bandpass filters
  • the band-pass filters 111, 112 remove the image signal and spurious components generated by the primary modulation, and transmit the filtered signal to the third quadrature modulator 113.
  • the third quadrature modulator 113 orthogonally modulates the input two-system modulated signals at a higher-order frequency ( ⁇ c) (secondary modulation).
  • ⁇ c higher-order frequency
  • the modulator 100 obtains a modulated signal in which four pieces of input signal information are accommodated as Nyquist waves having a difference of 90 degrees within one symbol period.
  • Figure 13 shows the conceptual diagram. On the I-axis signal there is a Nyquist composite wave of two signals accommodated with a TZ difference of two, and on the Q-axis signal there is a Nyquist composite wave starting with a difference of ⁇ , 4 from the I-axis. Time t aligned in time difference 1Z4 symbol period T!, Signal points t 2, t 3, 4 signals on envelope of t 4 is represented.
  • FIG. 14 shows a configuration of a demodulation device 200 that demodulates a modulation signal formed by the modulation device 100.
  • Demodulator 200 is provided on the receiving side of the wireless communication system.
  • Demodulator 200 inputs the modulated signal to first quadrature demodulator 201.
  • the first quadrature demodulator 200 obtains first and second demodulated signals by quadrature demodulating the input modulated signal at a higher order frequency ( ⁇ c ).
  • the two systems of demodulated signals are input to second and third quadrature demodulators 204 and 205 via bandpass filters 202 and 203.
  • the second and third quadrature demodulators 204 and 205 carry a period of 2T (2n + l) and (n: integer), respectively.
  • the input signal is orthogonally demodulated by transmission.
  • the demodulated signals of the four systems output from the second and third quadrature demodulators 204 and 205 are the delay difference obtained by dividing the Nyquist filters 206, 207, 208 and 209 and the symbol section T by a quarter.
  • the demodulated bits 81 are also set to 1, 8172, 813, and 814 via the delay unit groups 210, 211, and 212 to which are added.
  • the demodulated bits Bitl, Bit2, Bit3, and Bit4 are serialized by a parallel-serial conversion circuit (PZS) 213, thereby obtaining received data (RXout).
  • PZS parallel-serial conversion circuit
  • the demodulation device 200 By using the demodulation device 200 in this manner, it is possible to satisfactorily demodulate the signal modulated by the modulation device 100 and restore the original bits before modulation.
  • FIG. 15 shows the simulation results to confirm this.
  • Fig. 15 (a) shows the symbol input (after Nyquist shaping)
  • Fig. 15 (b) shows the primary modulation carrier
  • Fig. 15 (c) shows the primary modulation output signal. Incidentally, these correspond to either the I axis or the Q axis. Looking at the Nyquist input in Fig. 15 (a) and the primary modulation output in Fig. 15 (c), it can be seen that the signal points of the Nyquist wave are reliably represented.
  • Figure 16 shows the spectrum showing the secondary modulation output wave and its bandwidth.
  • the I-axis component and the Q-axis component are combined by quadrature modulation, and four types of envelopes are combined (Fig. 16 (a)).
  • the spectrum (Fig. 16 (b)) shows that the bandwidth is 1 Hz.
  • Shinporu period of the input is 1 sec (Na Ikisuto wave period: 0. 5 Hz) since the simulation as it is theoretically correct more sides wave modulation has a 1 H Z one 3 d B occurred this Are shown.
  • Figure 17 shows the BER vs.
  • Nyquist signals having a delay difference of 1/2 (2/4) of the symbol period are input to each other, and the input Nyquist signal is shifted to an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • First and second quadrature modulators 109 and 110 that perform quadrature modulation using the cosine wave of the second cosine wave as a carrier, the modulated signal obtained by the first quadrature modulator 109, and the second quadrature modulator 110
  • a third quadrature modulator 113 that quadrature modulates the modulated signal with a carrier wave of a predetermined frequency, so that a modulated signal containing twice as many symbols as the conventional one can be used without increasing the bandwidth.
  • a modulating device 100 that can be formed can be realized.
  • the amount of information that can be transmitted in one symbol period is 4 bits. This is comparable to traditional 16 QAM.
  • the conventional modulation method there is a method in which even more multi-values such as 64 QAM are used. In this embodiment, a method for further improving the efficiency by the modulation method and corresponding to the conventional multi-valued scheme is proposed.
  • FIG. 18 shows the configuration of the modulation device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the modulation device 300 inputs the transmission data (T XD ata) to the matting processing unit 301.
  • Mapping processing section 301 performs mapping processing mainly on parallel processing and error correction coding on transmission data (TXData).
  • the mapping processing unit 301 applies the first and second bits after processing to the adder 302, the third and fourth bits to the adder 304, the fifth and sixth bits to the adder 303, The bit and the 8th bit are sent to the adder 305.
  • Each of the adders 302 to 305 collects a 2-bit signal by adding the input 2-bit signal.
  • the output of the adder 302 is sent to the Nyquist filter 105, and the output of the other adders 303 to 305 is passed through the delay devices 102 to 104. Sent to ⁇ 108.
  • the Nyquist signal output from each Nyquist filter 105 to 108 has two bits of information in one wave. Subsequent processing is the same as in FIG.
  • FIG. 19 shows a configuration of a demodulation device 400 that demodulates the modulated signal formed by the modulation device 300.
  • Demodulator 400 is provided on the receiving side of the wireless communication system.
  • parts corresponding to those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the demodulator 400 has an analog-to-digital converter (A / D) 410 to 404 for analog-to-digital conversion of a Nyquist signal, and has a demapping processor 405 except for that. This has the same configuration as the demodulation device 200 in FIG.
  • a / D analog-to-digital converter
  • Each of the analog-to-digital conversion circuits 410 to 404 obtains two bits of information by determining the Nyquist signal output from the Nyquist filters 206 to 209 by using a threshold value.
  • the demapping processing unit 405 obtains received data (R Xout) by performing demapping processing mainly on serialization processing and error correction decoding processing on the input eight bits.
  • the Nyquist signal itself is multi-valued, so that twice the data of the first embodiment in the same frequency band as the first embodiment. Transmission becomes possible, and further improvement in frequency utilization efficiency becomes possible.
  • the transmission data as the parallel signal is symbol-arranged at four equally-divided phase points in the symphony interval. , That is, the position of phase Z, phase ⁇ no 2, phase ⁇ , phase 3 ⁇ 2
  • the symbols of phase zero and phase ⁇ were quadrature-modulated by primary modulation, and simultaneously the symbols of phase 2 and phase 3 ⁇ / 2 were quadrature-modulated. That is, the symbol signal having a phase difference of ⁇ (ie, a delay difference of 12 of the symphony period) was primary-modulated.
  • the receiving side performs quadrature demodulation with a phase difference of ⁇ ⁇ 2 in the first stage.1
  • Quadrature demodulation in an environment where dynamic changes are severe has a larger phase error than demodulation with a phase difference of ⁇ . It is likely to be vulnerable to intersymbol interference and transmission distortion. For this reason, in this embodiment, symbols having a relationship of phase difference ⁇ , 2 (ie, a delay difference of 1Z4 of the symbol period) are handled.
  • FIG. 20 in which portions corresponding to FIG. 18 are assigned the same reference numerals, shows the configuration of modulation apparatus 500 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the first and second quadrature modulators 501 and 502 receive a Nyquist signal having a delay difference of 14 of the symbol period and perform normal quadrature modulation with a phase difference of ⁇ 2. Therefore, the carrier frequency used is ⁇ c.
  • the carrier frequency to be used is (2 ⁇ + 1) ⁇ .
  • ⁇ c ′ should be a frequency that is an even multiple of ⁇ 0.
  • FIG. 21 in which portions corresponding to FIG. 19 are assigned the same reference numerals, shows the configuration of demodulator 600 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the demodulation device 600 is provided on the reception side, and outputs a modulated signal modulated and transmitted by the modulation device 500 provided on the transmission side.
  • the demodulation device 600 sets the carrier frequency used in the first quadrature demodulator 600 to (2n + 1) ⁇ .
  • the carrier frequency used is coc.
  • a modulation scheme that is more resistant to intersymbol interference and transmission distortion can be realized.
  • Nyquist signals having a delay difference of 1 to 4 symbol periods are primary-modulated at a predetermined carrier frequency c c , and the two signals obtained by the primary modulation are converted to Nyquist signals.
  • the delay difference is not limited to 14 periods, but may be 3 to 4 periods. Signals having a delay difference that is an odd multiple of the period may be primarily modulated.
  • a modulation device 700 of the present embodiment has shift registers 70 1 as first and second modulators for performing primary modulation. , 70 2.
  • the modulation device 700 inverts one polarity of the two Nyquist signals input to each shift register 70 1, 70 2 by inverters 70 3, 70 4.
  • the polarities of B i t 3 and B i t 4 are reversed.
  • the modulator 700 obtains the positive signal B it 1 of the I axis and the negative signal B it 3 of the I axis, and also obtains the positive signal B it 2 of the Q axis and the negative signal B it 4 of the Q axis. It is as follows.
  • the positive signal B it 1 of the I axis and the negative signal B it 3 of the I axis thus obtained are input to the shift register 701, and at the same time, the positive signal B it 2 of the Q axis and the negative signal B it 4 of the Q axis. Are input to the shift register 72.
  • the shift register 70 1 sequentially outputs an odd-numbered multiple of the symbol period clock while leaving zero between the I-axis positive signal B it1 and the I-axis negative signal B it3.
  • the shift register 720 sequentially outputs an odd multiple of the symbol period clock while inserting zero between the Q-axis positive signal Bit2 and the Q-axis negative signal Bit4.
  • the shift registers 70 1 and 70 2 receive Nyquist signals having a delay difference that is an integral multiple of 1/4 of the symbol period, respectively (in this embodiment, 1 2 of the symbol period).
  • the input Nyquist signal is output alternately at an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • the Nyquist signal of the first input symbol and the Nyquist signal of the second input symbol having a delay difference with respect to this Nyquist signal by an integral multiple of 1/4 of the symbol period of the input symbol are This is equivalent to performing quadrature modulation using a cosine wave having an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal as a carrier.
  • serial-to-parallel converter (S / P) 101, shift register 701, 72, and quadrature modulator 113 are clock signals from the clock generator 705 that generate independent clock signals. To work.
  • One aspect of the modulation method of the present invention is a modulation method for orthogonally modulating a first input symbol and a second input symbol, wherein the Nyquist signal of the first input symbol and the Nyquist signal are The Nyquist signal of the second input symbol provided with a delay difference that is an integral multiple of 14 periods of the symbol period of the input symbol ⁇ , and a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal as a carrier wave.
  • the first and second Nyquist signals having a delay difference that is an integer multiple of 1 Z 4 periods of the input symbol period T are quadrature-modulated using a cosine wave (carrier).
  • the second Nyquist signal can be kept within one symbol period T of the input symbol without interfering with each other.
  • the cosine wave was selected to be an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • the symbol points of the Nyquist waves can be arranged without interfering with each other for each TZ 2.
  • One aspect of the modulation method of the present invention is to provide a Nyquist shaping by giving a delay difference of 1 to 4 periods of the symbol period to four input symboles, thereby forming a delay difference of 14 periods of the symbol period.
  • One aspect of the modulation method of the present invention is to provide a delay difference of 1/4 cycle of the symbol period by giving a delay difference of 1/4 cycle of the symbol cycle to the four input symbol and performing Nyquist shaping.
  • Obtaining the first to fourth Nyquist signals having a difference, the first and second Nyquist signals having a delay difference of 1/4 of the symbol period, and a delay difference of 1Z4 periods of the symbol period A first modulation step of orthogonally modulating the third and fourth Nyquist signals using a carrier having a predetermined frequency, and a quadrature modulation signal of the first and second Nyquist signals obtained in the first modulation step And a quadrature modulated signal of the third and fourth Nyquist signals, and a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal, respectively.
  • the modulated signal obtained by the secondary modulation step does not have a wider frequency band as compared with a case where two Nyquist signals are simply quadrature-modulated, and the first to fourth input symbols have different frequencies.
  • the first to fourth Nyquist signals are arranged without interference from each other. Therefore, it is possible to obtain a modulated signal in which twice the conventional symbols are arranged without interference in the same frequency band as the conventional one.
  • One aspect of the modulation device of the present invention is a second Nyquist signal having a delay difference of an integral multiple of 1 Z4 period of the input symbol period with respect to the first Nyquist signal for the first input symbol. And a second Nyquist signal for the input symbol of the first input signal, and orthogonally modulates the first and second Nyquist signals using a cosine wave having an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a configuration including a modulator is employed.
  • the first and second Nyquist signals having a delay difference of an integral multiple of 14 periods of the input symbol period T are quadrature-modulated using a cosine wave (carrier).
  • the two Nyquist signals can be kept within one symbol period T of the input symbol without interfering with each other. Because the frequency of the cosine wave is selected to be an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal, the DC component is suppressed, and even when the secondary modulation is performed, the substantial frequency band does not need to be widened. Therefore, it is possible to form a modulated signal accommodating twice the conventional symbol without increasing the bandwidth.
  • One aspect of the modulation device of the present invention is a delay device group that provides a delay difference of fourteen symbol periods to four input symbols, and a Nyquist signal is formed from each of the four symbols.
  • a Nyquist filter and a Nyquist signal having a delay difference of 24 periods of the symbol time are input to each other, and the input Nyquist signal is used as a carrier wave with a cosine wave having a frequency which is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • First and second quadrature modulators that perform quadrature modulation And a third quadrature modulator that quadrature-modulates the modulation signal obtained by the first quadrature modulator and the modulation signal obtained by the second quadrature modulator using a carrier having a predetermined frequency. It adopts the configuration to do.
  • one aspect of the modulation device of the present invention is a delay group that gives a delay difference of 1/4 cycle of the symbol period to four input symbol, and a Nyquist signal from each of the four symbol.
  • the modulation signal obtained by the first quadrature modulator and the modulation signal obtained by the second quadrature modulator are converted into a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a configuration including a third quadrature modulator that performs quadrature modulation using a carrier wave is adopted.
  • a modulated signal in which two Nyquist signals are arranged without interfering with each other within one symbol period T by the first quadrature modulator can be obtained, and one symbol can be obtained by the second quadrature modulator.
  • a modulated signal is obtained in which the two Nyquist signals are arranged so as not to interfere with each other.
  • a modulated signal in which four Nyquist signals are arranged without interfering with each other within one symbol period T is obtained by the third quadrature modulator.
  • One aspect of the modulation apparatus of the present invention is a delay group that provides a delay difference of 1/4 cycle of a symbol period to four input symboles, and a Nyquist signal from each of the four symboles.
  • a Nyquist filter to be formed and Nyquist signals having a delay difference of an integral multiple of 14 symbol periods are input to each other, and the input Nyquist signals are alternately output at an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a third quadrature modulator take.
  • One aspect of the demodulation device of the present invention is to provide a demodulation device in which a first and second Nyquist signals are orthogonally modulated using a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of a fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a configuration including a quadrature demodulator that performs quadrature demodulation is employed.
  • One aspect of the demodulation device of the present invention is a first quadrature demodulation that receives a modulated signal and performs quadrature demodulation on the modulated signal using a predetermined carrier frequency to obtain first and second demodulated signals.
  • a second quadrature demodulator that obtains third and fourth demodulated signals by quadrature demodulating the first demodulated signal using a cosine wave having an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a third quadrature demodulator that obtains fifth and sixth demodulated signals by orthogonally demodulating the second demodulated signal using a cosine wave having a frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • One aspect of the demodulation device of the present invention is to input a modulated signal and perform first and second demodulation by quadrature demodulating the modulated signal using a cosine wave having a frequency which is an odd multiple of the fundamental frequency of the Nyquist signal.
  • a first quadrature demodulator that obtains a third demodulated signal
  • a second quadrature demodulator that obtains third and fourth demodulated signals by quadrature demodulating the first demodulated signal using a predetermined carrier frequency.
  • a third quadrature demodulator that obtains fifth and sixth demodulated signals by quadrature demodulating the second demodulated signal using a predetermined carrier frequency.
  • the wireless communication system of the present invention employs a configuration including the modulation device and the demodulation device.
  • the present invention can be widely applied to wireless communication, and is suitably applied to, for example, a mobile phone and its base station.

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Abstract

第1及び第2の直交変調器109、110は、それぞれシンボル周期の2/4周期の遅延差が与えられたナイキスト信号同士を、ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する。第3の直交変調器113は、第1の直交変調器109により得られた変調信号と第2の直交変調器110により得られた変調信号とを、所定周波数の搬送波を用いて直交変調する。これにより、1シンボル期間T内に4つのナイキスト信号が互いに干渉しない状態で配置された変調信号を得ることができる。

Description

明 細 書 変調方法、 変調装置、 復調装置及び無線通信システム 技術分野
本発明は、 周波数利用効率を向上させるための変調方法、 変調装置、 復調装 置及び無線通信システムに関する。 背景技術
近年、 情報処理技術の普及といわゆる I T (Information Technology) 化社 会の急速な進展により、 情報通信に対する要求と拡大は目覚しいものがある。 社会と社会の間は当然のことながら、 さらには個人と社会をつなぐ通信ィンフ ラについても、 高速化と無線化が望まれている。 こうした移動通信に対する一 層の需要は、 豊富な周波数資源をも枯渴させてしまう。
現在、 この課題の解決に対して M I MO (Multilnput Multi Output) と呼 ばれる自然空間における空間多重通信が研究されている。 し力 し、 時々刻々変 化する伝搬環境を利用しての通信高度化は、 基地局のみならず個人の持つ端末 機器においても多大の信号処理を行う必要があり、 消費電力の増大や装置の重 厚長大化、 しいてはコス ト増加を招くものである。 したがって本質的な解決方 法としては、 ベースバンドにおける変調効率の向上が切望されるところである。 現在の移動通信の変調方式は、 いわゆるディジタル通信といわれる直交位相 変調を基調とするもので、 現在のところ最も高い周波数利用効率が得られるも のである。 その頂点にあるものが直交位相振幅変調 (QAM) である。 この変 調方式を用いて移動環境下で通信を行う場合、 高速変動を伴うマルチパスフェ 一ジングの下では 1 6 Q AMが最大であり、 4 b i t Z s e C / 2 H zすなわ ち 2 b i t / s e c /H zが頂点となっている。
この通信を複数のアンテナを用いて複数の伝播経路を用いることにより、 可 能な限りの独立性を確保してさらなる周波数利用効率を求める研究がなされ ている。 例えば垂直偏波と水平偏波を用いれば同一の周波数上で別々の情報を 送ることが可能なので、 それぞれに 16QAMを用いれば、 理論上は最大で 4 b i t/s e c /Hzの周波数利用効率が達成できる。 し力 し、 反射波や移動 環境において垂直偏波と水平偏波の直交性 (独立性) を受信側で完全に生かす ための信号処理は、 これまでの装置を 2倍持つ以上に大きな負担となる。
同様に N本のアンテナを用いて、 N倍の伝送速度を追求する研究もなされて いるが、 N本の伝搬路の独立性を完全に確保することは困難なことは言うまで もない。
したがって時々刻々変化する伝搬環境を利用するのではなく、 基本的にはべ ースバンドにおける変調効率の向上を図ることが先決である。
これまで周波数利用効率を高めた技術基盤はナイキスト理論いわれる、 隣接 信号波と直交性の高い (すなわち隣接信号シンボルと干渉性の低い) 独立信号 波利用技術と、 パーシャルレスポンスあるいはウエーブレツトといわれる隣接 信号波との符号間干渉を低減する技術である。 この種の技術として、 例えば特 開 1988— 92143号公報に記載されたものがある。
ナイキスト理論の最も代表的な例は、 s i n (X) /xで示される。 この信 号を表す関数を s i n c関数という。 s i n c関数は、孤立波であるとともに、 隣接信号波の信号点においてはゼロクロスになるので、 お互いに干渉しない。 従来の通信では、 s i n (X) Zxの Xを、 時間軸変数としたものが位相変 調 (PSK) や直交振幅変調 (QAM) であり、 周波数軸変数としたものが直 交周波数多重通信 (OFDM) である。 時間軸と周波数軸は物理的には直交す るので、 これらはさらに一方を一次変調とし他方を二次変調として例えば 16 QAM— OFDMとすることが可能である。 この変調方法は、 高い周波数利用 効率の維持と移動通信能力の確保を実現するなど、 高度の通信効果を得ている。 ここで従来のディジタル変調技術について詳しく説明する。 ディジタル変調 は高い周波数利用効率を実現することが主たる目的の一つである。 その技術を 帯域制限技術という。 すなわち与えられた周波数帯域幅内で可能が限りの高い 情報伝送を実現する技術のことである。 アナ口グ伝送では情報量そのもので変 調を行うために冗長であるだけでなく圧縮や高能率化変調を行う余地が少な レ、。
ディジタル変調の帯域制限技術はナイキストフィルタを用いる方法が代表 的である。 ナイキストフィルタを用いる方法は、 シンボルにナイキスト特性を 与えることにより時間軸上の信号 (シンボル) 間干渉を低減して密度の高いシ ンポル埋め込みを図る方法である。
信号間干渉を防ぐにはシンポル区間周期毎にゼロク口スしなければならな い。 これをナイキスト第 1基準という。 これを満たすフィルタをナイキストフ ィルタと呼ぶ。 このナイキストフィルタを実現する代表例が、 s i n e関数で ある。シンボル周期を Tとするときの s i n c関数 h ( t)は次式で表される。 h ( t) = s i n (π t/T) / (π t/T) (1) ディジタノレフィルタで、 このナイキストフィルタを構成する場合は、 ベース バンド入力信号 (シンボル) を 4倍のオーバサンプリングで取り込む。
ここで、 ナイキストフィルタにより帯域制限される度合いは、 ロールオフ率 で定められる。 ロールオフ率は 0から 1までの値を取る。 例えばロールオフ率 が 0. 5の場合は、 所要帯域幅が伝送速度の 1. 5倍となる。 このため周波数 利用効率を高めるためには、 ロールオフ率を 0にすることが望まれる。
図 1は、 従来のディジタル直交変調 (QPSK) の原理図である。 I軸信号 は c o s i n e搬送波上に載せられるので位相ゼロに信号点すなわちナイキ スト波の頂点が配置される。 Q軸信号は s i n e搬送波上に載せられるので位 相 2に信号点すなわちナイキスト波の頂点が配置される。 I軸信号につい ては、 情報信号が" 1" の場合に上に凸の極性とすると図 1中の I軸信号 (+ 1) として示した波形位置に配置される。 情報信号が" 0" または" 一1" の 場合に下に凸の配置となるので図 1中の I軸信号 (一1) として示した波形位 置に配置される。 同様に Q軸信号については、 情報信号が" 1 " の場合に上に凸の極性とする と図 1中の Q軸信号(+ 1 ) として示した波形位置に配置される。情報信号が" 0 "または"一1 "の場合に下に凸の配置となるので図 1中の Q軸信号(一 1 ) として示した波形位置に配置される。
従来の方法ではナイキスト波形が完全にシンボル期間 Tの間に 1つとなつ ている。 これは N R Z (non-return-to-zero) 信号のナイキスト信号化を行つ ているためであり、 ナイキスト波の縁部分すなわち図 1で示せば I軸信号 (+ 1 )の場合に位相 πの位置では Nullとなるものの、 電位として Nullすなわち ゼロ電位になるわけではない。 このため、 O F DMのように隣接シンボルを π 位置に配置できない。
その状態を図 2に示す。 図 2は直交変調の I軸信号のみに着目したものであ る。 ナイキスト理論からすれば、 位相間隔 π毎にシンボルを配置できるはずで あるが、 ナイキスト波の Null点はゼロではなく" 一1 " となっている。 この ため、 後続の隣接シンボルのナイキスト波と完全に干渉してしまうことになり、 合成値がゼロになってしまう。 すなわち、 ナイキスト理論から見た π位相への シンポノレ配置は不可能なのである。
以上が、 従来のディジタル変調方式の現状であり、 周波数利用効率の向上を 押し止める原因である。
上述したように従来提案されている変調方式は、 ほぼ共通して I _ Q平面上 に築かれたものである。 この平面は 2次元である。 したがって基本的には多値 化しないかぎりは 1シンボル期間内に送ることができる情報は 2ビットであ る。 そして現在のところ、 高速移動の環境下では 1 6 Q AMが実際上最も周波 数利用効率の良い変調方式となっている。 し力 しながら、 限られた周波数資源 のもとで、 さらに多くの情報を伝送するためには、 一段と周波数利用効率の良 い変調方式の実現が望まれる。 発明の開示 本発明の目的は、 従来の変調方式よりも周波数利用効率を向上させることが できる変調方法、 変調装置、 復調装置及び無線通信システムを提供することで ある。
この目的は、 第 1の入力シンボルのナイキスト信号と、 このナイキスト信号 に対して前記入力シンポルのシンボル周期の 1 4周期の整数倍の遅延差を 与えた第 2の入力シンポルのナイキスト信号とを、 前記ナイキスト信号のもつ 基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調す ることにより達成される。 図面の簡単な説明
図 1は、 従来のディジタル直交変調 (Q P S K) の原理説明に供する図; 図 2は、 従来の直交変調のシンボル配置とナイキスト理論から新たにシンポ ルを考えるべき位置とを示す図;
図 3は、 本発明により新たなシンポルが加わった場合のコンスタレーシヨン 例を示す図;
図 4は、 ナイキスト波の多重とシンポノレ期間を示す図;
図 5は、 本発明による Q P S K環の置き方を示す図;
図 6は、 本発明の基本となる変調波の信号配置と方法を示す図; 図 7は、 搬送波によるナイキスト波の変調の説明に供する波形図; 図 8は、 搬送波の周波数をシンボル周期の奇数倍に設定すれば TZ 2点で干 渉が生じないことを示す波形図;
図 9は、 ナイキスト波形を用いれば I軸及び Q軸でシンボル区間内に 2ビッ トを送れることを示す図;
図 1 0は、 I軸、 Q軸それぞれにナイキスト信号を π間隔で挿入した場合を 示す図;
図 1 1は、 本発明における I軸と Q軸への各々への新たなシンポルの揷入位 置を示す図; 図 12は、 本発明の実施の形態 1に係る変調装置の構成を示すプロック図; 図 13は、 実施の形態 1の変調装置により得られる変調信号の波形を示す波 形図;
図 14は、 本発明の実施の形態 1に係る復調装置の構成を示すプロック図; 図 15 (a) は、 ナイキスト成形後の入力シンボルの波形を示す図; 図 15 (b) は、 1次変調用搬送波を示す波形図;
図 15 (c) は、 実施の形態 1の変調装置によって、 図 15 (b) の 1次変 調用搬送波を図 15 (a) の入力シンボルで変調したときの 1次変調波形を示 す波形図;
l 6 (a) は、 実施の形態 1の変調装置により得られる 2次変調波の包絡 線を示す図;
図 16 ( b ) は、 実施の形態 1の変調装置により得られる 2次変調波のスぺ クトルを示す図;
図 17は、 実施の形態 1の変調装置により得られる変調信号と、 従来の QP S K、 16 QAMとの通信品質を比較したシミュレーシヨン結果を示す図 図 18は、 実施の形態 2の変調装置の構成を示す図
図 19は、 実施の形態 2の復調装置の構成を示す図
図 20は、 実施の形態 3の変調装置の構成を示す図
図 21は、 実施の形態 3の復調装置の構成を示す図
及び
図 22は、 実施の形態 4の変調装置の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態について、 添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態 1 )
先ず、 本発明に至つた過程と本宪明の原理について説明する。
本発明の発明者らは、 もし I—Q平面上に 4次元空間を構築できれば、 1シ ンポル期間内に送ることができる情報は 4ビット (Q P S Kの場合) となり、 周波数効率は 2倍に改善されると考えた。
伹し、 複数の Q P S K環を I一 Q平面上に置くことは不可能なので、 図 3に 示すように、 少なくとも第 3の軸を I—Q平面上に直交して設ける必要がある。 ここで必要となるのは当然のことであるが、 どのような物理量で新たな軸を作 るのかということである。 本発明では、 第 3の軸 (Z軸) を位相次元として考 えることとした。
ここで Q P S K環を 1シンボル期間内に 2基収容する とは、 すなわち I軸 上にナイキスト波を 2個配置することを意味する。 図 4はこれを示したもので ある。 ナイキスト波は 2シンボル期間で主要な部分が構成され、 その直交性は シンボル期間 T毎に得られる。 したがって 1シンボル期間内に 2箇所の直交性 を確立するためには、 図 4 ( b ) に示すようにシンボル期間を 1 Z 2に短縮す ることが不可欠である。 従来の方法でこれを実現しょうとすると、 周波数帯域 幅は 2倍を要することとなり、 周波数利用効率の向上につなげるための方法は S S B (Single SideBand) 化が想起されるのみであった。
本発明は、 このような考察に基づいてなされたもので、 1シンボゾレ期間内に 2個のナイキスト波を収容する方法 (以下これを dual QPSK方式と呼ぶ) を 提供するものである。
先ず、 本発明の dual QPSK方式における Q P S K環の置き方について説明 する。 dual QPSK方式は位相間多重を図ったものであり、 Z軸を位相変調の 位相差成分と定義すると、 図 5のような配置 (但し図 5は π /2- offset dual QPSKを示す) となる。
図 6に、 本発明による dual QPSK方式の基本的な考え方を示す。 この図を 見て容易に理解できるように、 実施の形態の方式は独立した包絡線を 4個保有 する。 あたかも搬送波を構成する解析信号による円筒の上に独立した 4基のナ ィキスト波包絡線を貼り付けたようなモデルとなる。 1シンボル期間内に 4基 のナイキスト波を収容するためにそれぞれのシンボル点は 9 0度毎に差をつ けて酉己置する。
図 4に戻って説明する。 1シンボル期間内でナイキスト波を 2個配置すると、 図 4 (a) に示すようにシンボル間干渉が発生するため従来はナイキスト波を 点 TZ2に配置していない。 本発明の発明者らは、 ナイキスト波に特定の搬送 波周波数において変調を施せば、 シンボル間干渉が回避できることを見出して、 本発明に至った。
図 7を用いて、 本発明による dual QPSK方式を具現化する基本的考えを示 す。 図 7 (a) 、 (b) はともにシンポノレ周期 Tのナイキスト波に周期 2丁の コサイン波を乗算 (変調) したものを重ねて示したものである。 この図からも 明白なとおり、 変調後の波形もナイキスト波であることが分かる。 ただし、 周 期は元のナイキスト波の 1 2となる。 これを数式で示すと、 ナイキスト波は s i n c関数で表せるので、 シンボル周期 Tのナイキスト波と周期 2 Tの搬送 波 (コサイン波) の積は、 次式のようになる。
. t . 7tt Tit 2τΛ
sin— , si ~ cos— si — .
——— xcos—— =—— ― = η = (sinc(—— )) ) τ τ τ
(2) 式からも分かるように、.積 (変調出力) も S i n c関数であり周期は
T/2となる。 このため、 変調後の信号同士を加え合わせても相互の干渉は生 じない。 図 7 (c) は、 合成した際の波形を示している。
このように、 コサイン波 (搬送波) を、 互いにシンボル周期の 1/4の整数 倍の遅延差を与えた 2つのナイキスト信号に乗算することが本発明の第 1の 要件である。 これにより、 コサイン波を乗算した後の (すなわち変調後の) 2 つのナイキスト信号は、 互いに干渉しなくなる。
ただし、 周期 2 Tの搬送波は、 変調後に DC (直流) 領域を含むので搬送波 周波数を高める必要がある。 しかしながら単純に搬送波周波数を高めると、 ナ ィキスト波のシンボル点が互いに干渉してしまう。
本発明の第 2の要件は、 前記コサイン波 (搬送波) の周波数をナイキスト信 号の基本周波数の奇数倍に設定することである。 つまり、 乗算するコサイン波 (搬送波) の周期を 2 TZ ( 2 n + l ) とする。 図 8に、 ナイキスト波形に、 周期が 2 T/ ( 2 n + l ) の搬送波を乗じた場合の波形を示す (n = 0, 1 , 2の例) 。 図 8からも明らかなように、 本発明のように 2 Tを基本周期とする 奇数次高調波を用いれば、 T/ 2ごとに配置したナイキスト波のシンボル点を 干渉させずに済むことができるようになる。 因みに図 8は、 搬送波の周期を 2 T、 2 Τ/ 3、 2 Τ/ 5にしたものを示している。
すなわち本発明の骨子は、 第 1の入力シンポルのナイキスト信号と、 このナ ィキスト信号に対して入力シンポルのシンボル周期の 1ノ 4の整数倍の遅延 差をもった第 2の入力シンポルのナイキスト信号とを、 ナイキスト信号のもつ 基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調す る直交変調器を設けることである。 このような直交変調器を設けるようにすれ ば、 二重の直交変調を行った場合でもナイキスト信号同士を干渉させずに、 4 つのナイキスト信号を 1シンボル期間内に配置することができ、 同一周波数帯 域内に従来の 2倍のシンボルを収めることができるようになる。
さらに別の見方で本発明の原理を説明する。 図 9は、 ナイキスト波形を用い れば、 I軸及ぴ Q軸でシンボル区間内に 2ビットを送れることを示している。 I軸と Q軸は、 直交変調上では π / 2の位相差を持つことは周知のとおりであ る。
図 1 0は、 従来の I軸と Q軸による 2次元への信号対応 (コンスタレーショ ン) を超えて、 本発明による新たな 2軸が加わって 4次元空間をもたらすこと を示すものである。 因みに、 図 1 0中の I軸 (負) 、 Q軸 (負) 、 S軸 (負) 、 Τ軸 (負) の 4つの軸は互いに独立であり、 これらで構成されるコンスタレ一 シヨンは 4次元となる。 また図 1 0中の点線は、 1次変調を行うことでもう一 つずつシンボルを置くことができることを示している。図に示すように、 I軸、 Q軸それぞれにナイキスト信号を π間隔で挿入する。 このとき、 従来からの位 相点と新たな位相点との間にはナイキスト信号の直交性はなく、 すなわち相手 側の信号点に対して Nullとなることは保証されない。
そこで本発明では、 図 7に示したように、 この新たな位相点へのシンボル配 置を可能とするために、 従来のシンボルと新たなシンボルを単純に加えるので はなく、 コサイン波 (搬送波) を乗算することで直交性を与える。 さらに上述 したように、 コサイン波 (搬送波) をナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数 倍の周波数とすることで、 帯域が広がることを抑制する。
図 1 1は、 本発明における I軸と Q軸への各々への新たなシンボルの挿入位 置を示した図である。 この図からも分かるように、 本発明では πの位相差関係 にある 2信号を直交変調する。 換言すれば、 本発明は 2重の直交変調を行うも のである。
図 1 2に、 本宪明の実施の形態 1に係る変調装置の構成を示す。 変調装置 1 00は無線通信システムの送信側に設けられている。 変調装置 1 00は 4系統 のデータ信号 (入力シンボル) B i t l、 B i t 2、 B i t 3、 B i t 4に対 してシンボル区間 Tを 4等分の 1ずつした遅延差を付加する遅延器群 1 0 2、 1 0 3、 1 04と、 シンボル区間 Τの 1 2の遅延差を持つ信号同士を入力と する 2群の第 1及び第 2の直交変調器 1 09、 1 1 0と、 その出力を入力とす る第 3の直交変調器 1 1 3とを有し、 4系統の情報に対して 2段構えの直交変 調を施して 2重の Q P S Κ処理を施すようになっている。
変調装置 100は送信データ (TXD a t a) をシリアルパラレル変換回路 (SZP) l O lにより 4系列に並列化する。次に並列化したビット B i t 1、 B i t 2、 B i t 3、 B i t 4に対して、 遅延器 1 02、 10 3、 104によ つて、シンボル周期 Tの 1 4である T/4の遅延差を付加する。これにより、 シンポル区間内の 4等分の位相点にシンボルが配置される。つまり、位相ゼロ、 位相 π/2、 位相 π、 位相 3 π/ 2の位置に配置される。
変調装置 100は、 遅延処理後の 4信号をそれぞれナイキストフィルタ 10 5、 1 06、 1 0 7、 108により成形し、 2の遅延差関係 (つまり位相 差 πの関係) にある 2信号同士の 2組に分けて、 第 1の直交変調器 1 09及ぴ 第 2の直交変調器 1 1 0に入力させる。
第 1の直交変調器 1 09はナイキスト信号を周期 2TZ (2 n+ 1) , (n: 整数) の搬送波で一次変調することにより、 入力した 2信号を合成する。 同様 に、 第 2の直交変調器 1 1 0はナイキスト信号を周期 2 TZ ( 2 n + 1 ) , (n:整数)の搬送波で一次変調することにより、入力した 2信号を合成する。 このようにして得られた 2系統の変調信号は、バンドパスフィルタ(B P F) 1 1 1、 1 1 2に入力される。 バンドパスフィルタ 1 1 1、 1 1 2は、 一次変 調により発生したイメージ信号及ぴスプリアス成分を除去し、 フィルタリング 後の信号を第 3の直交変調器 1 1 3に送出する。
第 3の直交変調器 1 1 3は、 入力された 2系統の変調信号を高次周波数 (ω c) で直交変調する (2次変調) 。 第 3の直交変調器 1 1 3から出力される 2 次変調後の信号は、 バンドパスフィルタ 1 14によりィメージ信号及びスプリ ァス成分が除去された後に、 無線伝搬路に送出される。
かくして、 変調装置 1 00により、 4本の入力信号情報が 1シンボル期間内 に 90度ずつの差をもつナイキスト波として収容された変調信号が得られる。 図 1 3にその概念図を示す。 I軸信号上に TZ 2差で収容した 2信号のナイキ スト合成波があり、 Q軸信号上に I軸とは Τ,4の差でスタートするナイキス ト合成波がある。シンボル周期 Tの 1Z4の時間差で並ぶ時刻 t !, t 2, t 3, t 4の包絡線上に 4信号の信号点が表現される。
図 14に、 変調装置 100によって形成された変調信号を復調する復調装置 200の構成を示す。 復調装置 200は、 無線通信システムの受信側に設けら れている。 復調装置 200は変調信号を第 1の直交復調器 20 1に入力する。 第 1の直交復調器 200は入力した変調信号を高次周波数 ( ω c) で直交復調 することにより、 第 1及び第 2の復調信号を得る。
この 2系統の復調信号は、 バンドパスフィルタ 202、 203を介して第 2 及ぴ第 3の直交復調器 204、 205に入力される。 第 2及び第 3の直交復調 器 204、 205は、 それぞれ、 周期 2Tノ (2 n+ l) , (n:整数) の搬 送波で入力信号を直交復調する。
そして第 2及ぴ第 3の直交復調器 204、 205から出力された 4系統の復 調信号は、 ナイキストフィルタ 206、 207、 208、 209及ぴシンボル 区間 Tを 4等分の 1ずつした遅延差を付加する遅延器群 210、 21 1、 21 2を介して復調ビット81 も 1、 81 七 2、 81 七 3、 81 4とされる。 復 調ビッ B i t l、 B i t 2、 B i t 3、 B i t 4はパラレルシリアル変換回 路 (PZS) 213により直列化され、 これにより受信データ (RXo u t) が得られる。
このように復調装置 200を用いれば、 変調装置 100により変調された信 号を良好に復調して元の変調前のビットを復元することができる。
次に、 図 12に示す変調装置 100を送信側に設け、 図 14に示す復調装置 200を受信側に設けた無線通信システムの、 変調動作の確認と AWGN環境 下で BE Rのシミュレーションを行ったので記載する。
本発明で重要なことは、 ナイキスト波をシンボル周期の 1/2に配置できる かどうかにある。 これは 1次変調において確認するものである。 図 15にこれ を確認するためのシミュレーション結果を示す。 図 15 (a) はシンボル入力 (ナイキスト成形後) を示し、 図 15 (b) は 1次変調用搬送波を示し、 図 1 5 (c) は 1次変調出力信号を示す。 因みに、 これらは I軸または Q軸の一方 に相当する。 図 15 (a) のナイキスト入力と図 15 (c) の 1次変調出力を 見ると、 ナイキスト波の信号点が確実に表現されていることが分かる。
図 16に、 2次変調出力波とその帯域幅を示すスペクトルを示す。 2次変調 においては直交変調により I軸成分と Q軸成分が合成され 4種類の包絡線が 合成されたものとなる (図 16 (a) ) 。 またスぺクトル (図 16 (b) ) か らは帯域幅が 1 Hzであることが分かる。 入力のシンポル周期は 1 s e c (ナ ィキスト波周期: 0. 5Hz) としてシミュレーションを行ったので、 変調に より両側波が発生して 1 H Z 一 3 d Bとなっていることは理論が正しいこ とを示している。 次に、本発明の変調方式の通信品質が 16 QAMより優れていることが周波 数利用効率改善の大前提となる。 図 17に、 AWGN環境下でのBER対Sノ Nのシミュレーション結果を示す。 このシミュレーション結果から、 本発明の 変調方式は QP SKとほぼ同等の BERを示し、 同等の伝送速度をもつ 16 Q AMに対しては 10— 2点でも 4 d B以上の S/N特性を示す優れたものであ ることが分かる。
かくして本実施の形態によれば、 それぞれシンボル周期の 1/2 (2/4) の遅延差をもつナイキスト信号同士を入力し、入力したナイキスト信号をナイ キスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として 用いて直交変調する第 1及び第 2の直交変調器 109、 110と、 第 1の直交 変調器 109により得られた変調信号と、 第 2の直交変調器 110により得ら れた変調信号とを所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 3の直交変調 器 113とを設けたことにより、 帯域幅を広げることなく、 従来の 2倍のシン ポルを収容した変調信号を形成し得る変調装置 100を実現できる。
(実施の形態 2)
上述した実施の形態 1では、 1シンボル期間に伝送できる情報量が 4ビット であった。 これは従来の 16 QAMに匹敵するものである。 他方、 従来の変調 方式では 64 QAMなどのさらに多値化を図った方式がある。 この実施の形態 では、 変調方式による更なる高能率化を行い、 従来の多値化に対応する方法を 提案する。
図 18に、本発明の実施の形態 2による変調装置の構成を示す。図 18では、 図 12との対応部分には同一符号を付し、 その部分についての説明は省略する。 変調装置 300は送信データ (T XD a t a ) をマツビング処理部 301に入 力する。 マッピング処理部 301は送信データ (TXDa t a) に対して並列 化処理と誤り訂正符号化を主とするマッピング処理を施す。 マッピング処理部 301は、 処理後の 1ビット目と 2ビット目を加算器 302に、 3ビット目と 4ビット目を加算器 304に、 5ビット目と 6ビット目を加算器 303に、 7 ビット目と 8ビット目を加算器 3 0 5に送出する。
各加算器 3 0 2〜 3 0 5は、入力した 2ビットの信号を加算することにより 2ビットの信号をまとめる。 加算器 3 0 2の出力はナイキストフイノレタ 1 0 5 に送られ、 他の加算器 3 0 3〜3 0 5の出力は遅延器 1 0 2〜1 0 4を介して ナイキストフィルタ 1 0 6〜1 0 8に送られる。 これにより、 各ナイキストフ ィルタ 1 0 5〜1 0 8から出力されるナイキスト信号は 1波で 2ビット分の 情報をもつようになる。 続く処理は、 図 1 2と同様である。
図 1 9に、 変調装置 3 0 0によって形成された変調信号を復調する復調装置 4 0 0の構成を示す。 復調装置 4 0 0は無線通信システムの受信側に設けられ ている。 なお図 1 9では、 図 1 4との対応部分には同一符号を付し、 その部分 についての説明は省略する。 復調装置 4 0 0は、 ナイキスト信号をアナログデ ィジタル変換するアナログディジタル変換器 (A/D) 4 0 1〜4 0 4を有す ることと、 デマッピング処理部 4 0 5を有することを除いて、 図 1 4の復調装 置 2 0 0と同様の構成でなる。
各アナログディジタル変換回路 4 0 1〜4 0 4は、 ナイキストフィルタ 2 0 6〜2 0 9から出力されるナイキスト信号を閾値判定することにより、 2ビッ ト分の情報を得る。 デマッビング処理部 4 0 5は、 入力した 8系統のビットに 対して、 直列化処理と誤り訂正複号化処理を主とするデマッビング処理を施す ことにより、 受信データ (R X o u t ) を得る。
かくして本実施の形態によれば、 実施の形態 1の構成に加えて、 ナイキスト 信号自体を多値化したことにより、 実施の形態 1と同一周波数帯域内で実施の 形態 1の 2倍のデータを伝送できるようになり、 さらなる周波数利用効率の向 上が可能となる。
(実施の形態 3 )
図 1 2に示した実施の形態 1ならぴに図 1 8に示した実施の形態 2におい ては、 並列信号とした送信データをシンポノレ区間内の 4等分の位相点にシンポ ル配置した後、 すなわち位相ゼ口、 位相 πノ 2、 位相 π、 位相 3 π 2の位置 に置いた後に一次変調で位相ゼロと位相 πのシンボルを直交変調し、 同時に位 相 2と位相 3 π / 2のシンボルを直交変調した。 すなわち位相差 π (すな わちシンポノレ周期の 1 2の遅延差) をもつシンポル信号を一次変調した。 この結果、 受信側では第 1段階で位相差 π Ζ 2の直交復調を行うことになる 1 動的変化の激しい環境下での直交復調は、 位相差 πの復調よりも位相間誤 差が大きくなる可能性が高く、符号間干渉や伝送上のひずみに弱いと考えられ る。このためこの実施の形態では、第 1、第 2の直交変調では位相差 π , 2 (す なわちシンボル周期の 1 Z 4の遅延差) の関係にあるシンボル同士を扱うもの とする。
図 1 8との対応部分に同一符号を付して示す図 2 0に、 本発明の実施の形態 3による変調装置 5 0 0の構成を示す。 前述の通り、 第 1及ぴ第 2の直交変調 器 5 0 1、 5 0 2では、 シンポル周期の 1 4の遅延差を有するナイキスト信 号を入力して位相差 π Ζ 2の通常の直交変調を行うので、 用いる搬送波周波数 は ω c とする。 他方、 第 3の直交変調器 5 0 3では位相差 πでの合成を行うの で、 用いる搬送波周波数は (2 η + 1 ) ω οとする。 この場合、 (2 η + 1 ) ω οによるシンボル半周期点での干渉軽減効果を確実なものとするためには ω c 'を ω 0の偶数倍の周波数とすべきである。
図 1 9との対応部分に同一符号を付して示す図 2 1に、 本発明の実施の形態 3による復調装置 6 0 0の構成を示す。 復調装置 6 0 0は受信側に設けられ、 送信側に設けられた変調装置 5 0 0により変調されて送信された変調信号を ¾j ^る。
復調装置 6 0 0は、 第 1の直交復調器 6 0 1で用いる搬送波周波数を (2 n + 1 ) ω οとする。 他方、 第 2及び第 3の直交復調器 6 0 2、 6 0 3では位相 差 π / 2の通常の直交復調を行うので、 用いる搬送波周波数は co cとする。 かくして、 本実施の形態の変調方式によれば、 実施の形態 1や実施の形態 2 の効果に加えて、一段と符号間干渉や伝送上のひずみに強い変調方式を実現で さる。 なおこの実施の形態では、 シンボル周期の 1ノ 4周期の遅延差を有するナイ キスト信号同士を所定の搬送波周波数 c cで一次変調し、 一次変調により得ら れた 2系統の信号をナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコ サイン波を搬送波として用いて二次変調する場合について述べたが、 遅延差は 1 4周期に限らず 3ノ 4周期でもよく、 要はシンボル周期の 1 4周期の奇 数倍の遅延差を有する信号同士を一次変調すればよい。
(実施の形態 4 )
この実施の形態では、 ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数の コサイン波を搬送波として用いて直交変調する直交変調器を別の構成にて実 現した場合について説明する。 基本的な原理は、 実施の形態 1〜3と同様であ る。
図 1 2との対応部分に同一符号を付して示す図 2 2において、 本実施の形態 の変調装置 7 0 0は、一次変調を行う第 1及び第 2の変調器としてシフトレジ スタ 7 0 1、 7 0 2を有する。 変調装置 7 0 0は、 各シフトレジスタ 7 0 1、 7 0 2に入力される 2系統のナイキスト信号のうち一方の極性をインバータ 7 0 3、 7 0 4により反転させる。 この実施の形態の場合、 B i t 3と B i t 4の極性を反転させる。
これにより、 変調装置 7 0 0は、 I軸の正信号 B i t 1、 I軸の負信号 B i t 3を得ると共に、 Q軸の正信号 B i t 2、 Q軸の負信号 B i t 4を得るよう になっている。
こうして得られた I軸の正信号 B i t 1、 I軸の負信号 B i t 3はシフトレ ジスタ 7 0 1に入力されると共に、 Q軸の正信号 B i t 2、 Q軸の負信号 B i t 4はシフトレジスタ 7 0 2に入力される。
シフトレジスタ 7 0 1は、 I軸の正信号 B i t 1、 I軸の負信号 B i t 3に 間にゼロを揷間しながら順次シンボル周期の奇数倍のクロックで出力する。 同 様に、 シフトレジスタ 7 0 2は、 Q軸の正信号 B i t 2、 Q軸の負信号 B i t 4に間にゼロを挿間しながら順次シンボル周期の奇数倍のクロックで出力す る。
つまり、 シフトレジスタ 7 0 1、 7 0 2は、 それぞれ、 シンボル周期の 1 / 4周期の整数倍の遅延差をもつナイキスト信号同士を入力し (この実施の形態 の場合、 シンボル周期の 1 2 ) 、 入力したナイキスト信号をナイキスト信号 のもつ基本周波数の奇数倍の周波数で交互に出力する。
この処理は、 第 1の入力シンボルのナイキスト信号と、 このナイキスト信号 に対して入力シンポルのシンボル周期の 1 / 4周期の整数倍だけ遅延差をも つた第 2の入力シンポルのナイキスト信号とを、 ナイキスト信号のもつ基本周 波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調すること に相当する。
なおシリアルパラレル変換器 ( S / P ) 1 0 1、 シフトレジスタ 7 0 1、 7 0 2、 直交変調器 1 1 3はそれぞれ、 独立のクロック信号を生成するクロック 生成部 7 0 5からのクロック信号により動作するようになっている。
この結果、 バンドパスフィルタ 1 1 4からは図 6に示すような I軸及ぴ Q軸 がそれぞれに独立に 2ビットのシンボルを持った変調出力が得られる。
本発明は、 上述した実施の形態に限定されずに、 種々変更して実施すること ができる。
本発明の変調方法の一つの態様は、 第 1の入力シンポルと第 2の入力シンポ ルを直交変調する変調方法であって、 第 1の入力シンポルのナイキスト信号と、 このナイキスト信号に対して前記入力シンボ^^のシンボル周期の 1 4周期 の整数倍の遅延差を与えた第 2の入力シンボルのナイキスト信号とを、 前記ナ ィキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波とし て用いて直交変調するようにする。
この方法によれば、 入力シンボル周期 Tの 1 Z 4周期の整数倍の遅延差のあ る第 1及ぴ第 2のナイキスト信号を、 コサイン波 (搬送波) を用いて直交変調 するので、 第 1及び第 2のナイキスト信号を互いに干渉させることなく、 入力 シンボルの 1シンポル期間 T内に収めることができるようになる。 但し、 これ だけでは、 直流成分をもつようになるので、 2次変調を行うと周波数帯域幅が 結局 2倍に広がってしまう。 そのため上記コサイン波をナイキスト信号のもつ 基本周波数の奇数倍に選定した。 この結果、 TZ 2ごとにナイキスト波のシン ボル点を互いに干渉させることなく配置することができる。 すなわち TZ 2ご とに、 一方のナイキスト波が最大となるとき他方のナイキスト波がヌル点とな る関係の 2つのナイキスト波をつくることができる。 これにより、 帯域幅を広 げることなく、 従来の 2倍のシンボルを収容した変調信号を形成できるように なる。
また本発明の変調方法の一つの態様は、 4系統の入力シンポルに対してシン ポル周期の 1ノ4周期ずつの遅延差を与えてナイキスト成形することにより シンボル周期の 1 4周期ずつの遅延差を有する第 1〜第 4のナイキスト信 号を得るステップと、 シンボル周期の 2 Z 4周期分の遅延差を有する第 1と第 2のナイキスト信号、 シンボル周期の 2 Z4周期分の遅延差を有する第 3と第 4のナイキスト信号をそれぞれ前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数 倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する 1次変調ステツ プと、 1次変調ステップで得た、 前記第 1と第 2のナイキスト信号の直交変調 信号と、 前記第 3と第 4のナイキスト信号の直交変調信号とを、 所定周波数の 搬送波を用いて直交変調する 2次変調ステップとを含むようにする。
また本発明の変調方法の一つの態様は、 4系統の入力シンポルに対してシン ボル周期の 1 / 4周期ずつの遅延差を与えてナイキスト成形することにより シンポル周期の 1 / 4周期ずつの遅延差を有する第 1〜第 4のナイキスト信 号を得るステップと、 シンボル周期の 1 / 4周期分の遅延差を有する第 1と第 2のナイキスト信号、 シンボル周期の 1 Z 4周期分の遅延差を有する第 3と第 4のナイキスト信号を所定周波数の搬送波を用いて直交変調する 1次変調ス テツプと、 前記 1次変調ステップで得た、 前記第 1と第 2のナイキスト信号の 直交変調信号と、 前記第 3と第 4のナイキスト信号の直交変調信号とを、 それ ぞれ前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を 搬送波として用いて直交変調する 2次変調ステップとを含むようにする。 これらの方法によれば、 2次変調ステップにより得られる変調信号は、 単純 に 2つのナイキスト信号を直交変調した場合と比較して周波数帯域が広がら ず、 かつ第 1〜第 4の入力シンポルについての第 1〜第 4のナイキスト信号が 互いに干渉を受けることなく配置されたものとなる。 よって、 従来と同一周波 数帯域内に従来の 2倍のシンボルを干渉無く配置した変調信号を得ることが できる。
本発明の変調装置の一つの態様は、 第 1の入力シンボルについての第 1のナ ィキスト信号と、 このナイキスト信号に対して入力シンボル周期の 1 Z4周期 の整数倍の遅延差をもった第 2の入力シンポルについての第 2のナイキスト 信号とを入力し、 この第 1及び第 2のナイキスト信号をこれらのナイキスト信 号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を用いて直交変調する直 交変調器を具備する構成を採る。
この構成によれば、 入力シンボル周期 Tの 1 4周期の整数倍の遅延差のあ る第 1及び第 2のナイキスト信号を、 コサイン波 (搬送波) を用いて直交変調 するので、 第 1及び第 2のナイキスト信号を互いに干渉させることなく、 入力 シンポルの 1シンボル期間 T内に収めることができるようになる。 カロえて、 上 記コサイン波の周波数をナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍に選定し たので、 直流成分が抑制され、 2次変調を行った場合でも実質的な周波数帯域 が広がらずに済む。 よって、 帯域幅を広げることなく、 従来の 2倍のシンポル を収容した変調信号を形成できるようになる。
また本発明の変調装置の一つの態様は、 4系統の入力シンボルに対してシン ボル周期の 1 4周期ずつの遅延差を与える遅延器群と、 前記 4系統のシンポ ルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキストフィルタと、 それぞれシ ンポノレ周期の 2 4周期の遅延差をもつナイキスト信号同士を入力し、入力し たナイキスト信号を前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数 のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する第 1及び第 2の直交変調器 と、 第 1の直交変調器により得られた変調信号と、 第 2の直交変調器により得 られた変調信号とを所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 3の直交変 調器とを具備する構成を採る。
また本発明の変調装置の一つの態様は、 4系統の入力シンポルに対してシン ポル周期の 1 / 4周期ずつの遅延差を与える遅延器群と、 前記 4系統のシンポ ルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキストフィルタと、 それぞれシ ンポル周期の 1 Z 4周期の奇数倍の遅延差をもつナイキスト信号同士を入力 し、 所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 1及び第 2の直交変調器と、 前記第 1の直交変調器により得られた変調信号と、 前記第 2の直交変調器によ り得られた変調信号とを前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周 波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する第 3の直交変調器とを 具備する構成を採る。
これらの構成によれば、 第 1の直交変調器により 1シンボル期間 T内に 2つ のナイキスト信号が互いに干渉しない状態で配置された変調信号が得られる と共に、 第 2の直交変調器により 1シンボル期間 T内に 2つのナイキスト信号 が互いに干渉しない状態で配置された変調信号が得られる。 そして第 3の直交 変調器により 1シンボル期間 T内に 4つのナイキスト信号が互いに干渉しな い状態で配置された変調信号が得られる。この結果、帯域幅を広げることなく、 従来の 2倍のシンボルを収容した変調信号を形成できるようになる。
また本発明の変調装置の一つの態様は、 4系統の入力シンポルに対してシン ボル周期の 1 / 4周期ずつの遅延差を与える遅延器群と、 前記 4系統のシンポ ルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキストフィルタと、 それぞれシ ンボル周期の 1 4周期の整数倍の遅延差をもつナイキスト信号同士を入力 し、 入力したナイキスト信号を前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍 の周波数で交互に出力する第 1及び第 2の直交変調器と、 第 1の直交変調器に より得られた変調信号と、 第 2の直交変調器により得られた変調信号とを所定 周波数の搬送波を用いて直交変調する第 3の直交変調器とを具備する構成を 採る。
この構成によれば、 帯域幅を広げることなく従来の 2倍のシンボルを収容し た変調信号を形成できるようになると共に、 第 1及び第 2の直交変調器をスィ ツチング素子ゃシフトレジスタ等で構成できるようになる。
本発明の復調装置の一つの態様は、 第 1及ぴ第 2のナイキスト信号が直交変 調されてなる変調信号を、 前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周 波数のコサイン波を用いて直交復調する直交復調器を具備する構成を採る。 また本発明の復調装置の一つの態様は、 変調信号を入力し、 この変調信号を 所定の搬送波周波数を用いて直交復調することにより第 1及び第 2の復調信 号を得る第 1の直交復調器と、 第 1の復調信号を、 前記ナイキスト信号のもつ 基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を用いて直交復調することにより 第 3及び第 4の復調信号を得る第 2の直交復調器と、 第 2の復調信号を、 前記 ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を用いて直 交復調することにより第 5及び第 6の復調信号を得る第 3の直交復調器とを 具備する構成を採る。
また本発明の復調装置の一つの態様は、 変調信号を入力し、 この変調信号を 前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を用い て直交復調することにより第 1及び第 2の復調信号を得る第 1の直交復調器 と、 前記第 1の復調信号を所定の搬送波周波数を用いて直交復調することによ り第 3及び第 4の復調信号を得る第 2の直交復調器と、 前記第 2の復調信号を 所定の搬送波周波数を用いて直交復調することにより第 5及び第 6の復調信 号を得る第 3の直交復調器とを具備する構成を採る。
これらの構成によれば、 上記本発明の変調装置を用いて形成された変調信号 を良好に復調して、 復調信号を得ることができるようになる。
本発明の無線通信システムは、 上記変調装置と、 上記復調装置とを具備する 構成を採る。
この構成によれば、従来と同一周波数帯域で従来の 2倍の伝送速度の通信が 可能な無線通信システムを実現することができる。
以上説明したように本発明によれば、 従来の 2倍以上の周波数利用効率の変 調方式を実現することができる。
本明細書は、 2003年 2月 133出願の特願 2003— 35750、 20 03年 5月 143出願の特願 2003— 136610及ぴ 2003年 1 1月 12日出願の特願 2003-382985に基づく。 その内容はすべてここに 含めておく。 産業上の利用可能性
本発明は、 無線通信に広く適用でき、 例えば携帯電話機やその基地局等に適 用して好適なものである。

Claims

請求の範囲
1 . 第 1の入力シンボルと第 2の入力シンボルを直交変調する変 調方法であって、
前記第 1の入力シンポルのナイキスト信号と、 このナイキスト信号に対して 前記入力シンボルのシンボル周期の 1 4周期の整数倍の遅延差を与えた前 記第 2の入力シンボルのナイキスト信号とを、 前記ナイキスト信号のもつ基本 周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する 変調方法。
2 . 4系統の入力シンボルに対してシンボル周期の 1 4周期ず つの遅延差を与えてナイキスト成形することにより、 シンポノレ周期の 1 Z 4周 期ずつの遅延差を有する第 1〜第 4のナイキスト信号を得るステップと、 シンポル周期の 2 / 4周期分の遅延差を有する第 1と第 2のナイキスト信 号、 シンボル周期の 2 Z 4周期分の遅延差を有する第 3と第 4のナイキスト信 号をそれぞれ前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサ イン波を搬送波として用いて直交変調する 1次変調ステップと、
前記 1次変調ステップで得た、 前記第 1と第 2のナイキスト信号の直交変調 信号と、 前記第 3と第 4のナイキスト信号の直交変調信号とを、 所定周波数の 搬送波を用いて直交変調する 2次変調ステップと
を含む請求項 1に記載の変調方法。
3 . 4系統の入力シンポルに対してシンポル周期の 1 4周期ず つの遅延差を与えてナイキスト成形することにより、 シンポル周期の 1 / 4周 期ずつの遅延差を有する第 1〜第 4のナイキスト信号を得るステップと、 シンボル周期の 1 / 4周期分の遅延差を有する第 1と第 2のナイキスト信 号、 シンボル周期の 1 / 4周期分の遅延差を有する第 3と第 4のナイキスト信 号を所定周波数の搬送波を用いて直交変調する 1次変調ステップと、
前記 1次変調ステップで得た、 前記第 1と第 2のナイキスト信号の直交変調 信号と、 前記第 3と第 4のナイキスト信号の直交変調信号とを、 それぞれ前記 ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を搬送波と して用いて直交変調する 2次変調ステップと
. を含む請求項 1に記載の変調方法。
4 . 第 1の入力シンボルについての第 1のナイキスト信号と、 こ » のナイキスト信号に対して入力シンボル周期の 1ノ 4周期の整数倍の遅延差 をもった第 2の入力シンボルについての第 2のナイキスト信号とを入力し、 こ の第 1及び第 2のナイキスト信号をこれらのナイキスト信号のもつ基本周波 数の奇数倍の周波数のコサイン波を用いて直交変調する直交変調器を具備す る
5 . 4系統の入力シンポルに対してシンポル周期の 1ノ4周期ず つの遅延差を与える遅延器群と、
前記 4系統のシンポルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキスト それぞれシンボル周期の 2 / 4周期の遅延差をもつナイキスト信号同士を 入力し、 入力したナイキスト信号を前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇 数倍の周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する第 1及び第 2 の直交変調器と、
前記第 1の直交変調器により得られた変調信号と、前記第 2の直交変調器に より得られた変調信号とを所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 3の 直交変調器と
を具備する請求項 4に記載の変調装置。
6 . 4系統の入力シンポルに対してシンボル周期の 1 4周期ず つの遅延差を与える遅延器群と、
前記 4系統のシンボルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキスト フィルタと、
それぞれシンボル周期の 1 Z 4周期の奇数倍の遅延差をもつナイキスト信 号同士を入力し、 所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 1及び第 2の直 交変調器と、
前記第 1の直交変調器により得られた変調信号と、 前記第 2の直交変調器に より得られた変調信号とを前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の 周波数のコサイン波を搬送波として用いて直交変調する第 3の直交変調器と を具備する請求項 4に記載の変調装置。
7 . 4系統の入力シンボルに対してシンポル周期の 1 Z 4周期ず つの遅延差を与える遅延器群と、
前記 4系統のシンボルからそれぞれナイキスト信号を形成するナイキスト フィルタと、
それぞれシンボル周期の 1 / 4周期の整数倍の遅延差をもつナイキスト信 号同士を入力し、入力したナイキスト信号を前記ナイキスト信号のもつ基本周 波数の奇数倍の周波数で交互に出力する第 1及び第 2の直交変調器と、 前記第 1の直交変調器により得られた変調信号と、 前記第 2の直交変調器に より得られた変調信号とを所定周波数の搬送波を用いて直交変調する第 3の 直交変調器と
を具備する変調装置。
8 . 第 1及び第 2のナイキスト信号が直交変調されてなる変調信 号を、 前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を 用いて直交復調する直交復調器を具備する
9 . 変調信号を入力し、 この変調信号を所定の搬送波周波数を用 いて直交復調することにより第 1及び第 2の復調信号を得る第 1の直交復調 と、
前記第 1の復調信号を、 前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周 波数のコサイン波を用いて直交復調することにより第 3及び第 4の復調信号 を得る第 2の直交復調器と、 前記第 2の復調信号を、 前記ナイキスト信号のもつ基本周波数の奇数倍の周 波数のコサイン波を用いて直交復調することにより第 5及び第 6の復調信号 を得る第 3の直交復調器と
を具備する請求項 8に記載の復調装置。
1 0 . 変調信号を入力し、 この変調信号を前記ナイキスト信号の もつ基本周波数の奇数倍の周波数のコサイン波を用いて直交復調することに より第 1及び第 2の復調信号を得る第 1の直交復調器と、
前記第 1の復調信号を所定の搬送波周波数を用いて直交復調することによ り第 3及び第 4の復調信号を得る第 2の直交復調器と、
前記第 2の復調信号を所定の搬送波周波数を用いて直交復調することによ り第 5及び第 6の復調信号を得る第 3の直交復調器と
を具備する請求項 8に記載の復調装置。
1 1 . 請求項 4に記載の変調装置と、請求項 8に記載の復調装置 と、 を具備する無線通信システム。
1 2 . 請求項 5に記載の変調装置と、請求項 9に記載の復調装置 と、 を具備する無線通信システム。
1 3 . 請求項 6に記載の変調装置と、請求項 1 0に記載の復調装 置と、 を具備する無線通信システム。
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