WO2013058067A1 - 通信装置および通信システム - Google Patents

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WO2013058067A1
WO2013058067A1 PCT/JP2012/074530 JP2012074530W WO2013058067A1 WO 2013058067 A1 WO2013058067 A1 WO 2013058067A1 JP 2012074530 W JP2012074530 W JP 2012074530W WO 2013058067 A1 WO2013058067 A1 WO 2013058067A1
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numbered
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寒達 陳
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株式会社メガチップス
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    • H04L27/2662—Symbol synchronisation

Definitions

  • the present invention relates to communication technology.
  • a general communication device that transmits an OFDM signal performs primary modulation for mapping transmission data on a complex plane to obtain a complex symbol, and then performs inverse fast Fourier transform (IFFT) on the complex symbol. Then, a baseband OFDM signal is generated. Then, the communication device performs predetermined processing such as orthogonal modulation and frequency conversion on the baseband OFDM signal to generate an OFDM signal in the carrier band, and uses the OFDM signal in the carrier band as a communication signal on the transmission path. Output.
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • a general communication device that receives an OFDM signal performs predetermined processing such as frequency conversion and quadrature detection on the received signal to generate a baseband OFDM signal. Then, the communication apparatus performs demodulation processing such as fast Fourier transform (FFT) and demapping processing on the baseband OFDM signal to demodulate data.
  • predetermined processing such as frequency conversion and quadrature detection
  • the communication apparatus performs demodulation processing such as fast Fourier transform (FFT) and demapping processing on the baseband OFDM signal to demodulate data.
  • FFT fast Fourier transform
  • the communication device be reduced in size without impairing the communication function for transmitting information.
  • an object of the present invention is to provide a technology capable of realizing downsizing of a communication device.
  • a generation unit that generates a baseband OFDM signal based on transmission data, and a real part of the baseband OFDM signal excluding an imaginary part signal are provided.
  • N is an integer
  • a data signal including the transmission data is placed on subcarriers numbered N / 2-1 or lower, and N / 2-1.
  • a data signal cannot be placed on a subcarrier with a higher number.
  • a second aspect of the communication apparatus is the first aspect described above, wherein the generation means assigns the number of N / 2-1 or less to the data signal subjected to the primary modulation.
  • Allocating means for allocating 0 to a subcarrier with a number greater than N / 2-1 and generating parallel data, and allocating the parallel data from frequency domain data to time domain data
  • inverse Fourier transform means for outputting the baseband OFDM signal.
  • the communication apparatus includes a reception unit that receives a communication signal, and a demodulation unit that acquires received data by demodulating the communication signal.
  • the signal is based on the real part signal excluding the imaginary part signal
  • the demodulation means includes Fourier transform means for converting the communication signal from a time domain signal to a frequency domain signal.
  • the Fourier transform means receives a signal based on the communication signal as a real signal and 0 as an imaginary signal.
  • a first aspect of a communication system includes a first communication device and a second communication device that communicates with the first communication device, and the first communication device is based on transmission data.
  • N (N is an integer) subcarriers constituting a signal are numbered using integers from 0 to N ⁇ 1 in ascending order of the center frequency of each subcarrier, in the baseband OFDM signal, A data signal including the transmission data is placed on a subcarrier numbered N / 2-1 or lower, and a data signal is not placed on a subcarrier numbered greater than N / 2-1.
  • the 2 communication apparatus has receiving means for receiving the communication signal, and demodulating means for acquiring received data by demodulating the communication signal, the demodulating means from the signal in the time domain
  • a Fourier transform means for transforming the signal into a frequency domain signal is included.
  • the Fourier transform means receives a signal based on the communication signal as a real signal and 0 as an imaginary signal.
  • a second aspect of the communication system is the first aspect described above, wherein the generation means assigns the number of N / 2-1 or less to the data signal subjected to primary modulation.
  • Allocating means for allocating 0 to a subcarrier with a number greater than N / 2-1 and generating parallel data, and allocating the parallel data from frequency domain data to time domain data
  • inverse Fourier transform means for outputting the baseband OFDM signal.
  • a generation unit that generates a baseband OFDM signal based on transmission data, and an actual signal obtained by removing an imaginary part signal from the baseband OFDM signal.
  • N N is an integer
  • N subcarriers constituting the baseband OFDM signal in the ascending order of the center frequency of each subcarrier.
  • a data signal is placed on a subcarrier numbered greater than N / 2-1, and N / 2-1 or less.
  • a data signal including the transmission data is not carried on the numbered subcarriers.
  • the 3rd aspect of the communication system which concerns on this invention is provided with the 1st communication apparatus and the 2nd communication apparatus which communicates with the said 1st communication apparatus,
  • the said 1st communication apparatus is based on transmission data.
  • N (N is an integer) subcarriers constituting the OFDM signal are numbered using integers from 0 to N-1 in ascending order of the center frequency of each subcarrier
  • the baseband OFDM signal In this case, a data signal is placed on a subcarrier numbered greater than N / 2-1, and a data signal including the transmission data is not placed on a subcarrier numbered N / 2-1 or lower.
  • the second communication device includes a receiving unit that receives the communication signal, and a demodulating unit that acquires received data by demodulating the communication signal.
  • the demodulating unit receives the communication signal in a time domain.
  • a Fourier transform unit that converts a signal into a signal in the frequency domain is included.
  • the Fourier transform unit receives a signal based on the communication signal as a real signal and 0 as an imaginary signal.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a communication system 1 according to the present embodiment.
  • the communication system 1 includes a first communication device 10 and a second communication device 20.
  • the first communication device 10 and the second communication device 20 in the communication system 1 are configured to be able to communicate with each other by wired communication.
  • the transmission line 30 that electrically connects the first communication device 10 and the second communication device 20 may be a normal communication line or a power line.
  • PLC power line communication
  • wired communication between the communication devices 10 and 20 is performed using an OFDM (Orthogonal Frequency Frequency Division Multiplexing) signal obtained by combining a plurality of subcarriers orthogonal to each other on the frequency axis. Then, the OFDM signal is transmitted in packet units divided by a certain time unit.
  • OFDM Orthogonal Frequency Frequency Division Multiplexing
  • data transmission is performed using subcarriers included in a predetermined band among all subcarriers constituting the OFDM signal. Details of subcarriers used for data transmission will be described later.
  • the first communication device 10 functions as a transmission device and the second communication device 20 functions as a reception device is illustrated, but the present invention is not limited to this. That is, the first communication device 10 has at least a transmission function, and may have a reception function in addition to the transmission function. Similarly, the second communication device 20 has at least a reception function, and may have a transmission function in addition to the reception function.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the transmission device 10 according to the present embodiment.
  • the transmission apparatus 10 includes a scrambler 111, an encoding unit 112, an interleave unit (interleaver) 113, a primary modulation unit 114, an input signal configuration unit 115, and an IFFT (inverse fast Fourier transform) unit 116.
  • the scrambler 111 performs a scramble process that agitates and rearranges the input transmission data.
  • the transmission data that has been scrambled by the scrambler 111 is input to the encoding unit 112.
  • a bit string of transmission data output from the encoding unit 112 is input to the interleaving unit 113.
  • the interleaving unit 113 performs bit interleaving for rearranging the bit string of the transmission data so that the error is not biased to one symbol. Transmission data output from the interleaving unit 113 is input to the primary modulation unit 114.
  • transmission data is mapped (correlated) to subcarriers for each symbol according to a predetermined modulation scheme (for example, QPSK, 16QAM).
  • a predetermined modulation scheme for example, QPSK, 16QAM.
  • the symbol (Symbol) here is a unit of transmission data, which is determined by each modulation scheme and is carried on a carrier wave (subcarrier).
  • a data symbol or a complex symbol is used.
  • symbol For example, in QPSK, transmission data that can be transmitted in one symbol (one data symbol) is 2 bits.
  • Input signal configuration section 115 is configured by a buffer or the like, and converts data symbols input from primary modulation section 114 into a predetermined number of parallel data in order to disperse data signals including transmission data on subcarriers. have.
  • the input signal configuration section 115 assigns data signals to subcarriers included in the predetermined band, and assigns 0 (zero) to other subcarriers other than the predetermined band to generate parallel data.
  • Data is output to IFFT section 116.
  • the input signal configuration unit 115 functions as an assigning unit that assigns a data signal to each subcarrier. Details of the predetermined band including subcarriers used for data transmission will be described later.
  • the IFFT unit 116 performs inverse fast Fourier transform on the parallel data input from the input signal configuration unit 115 to convert the frequency domain data into time domain data.
  • the frequency domain data input from the input signal configuration unit 115 is amplitude and phase data for each subcarrier, and the IFFT unit 116 calculates time data for one OFDM symbol from the amplitude phase data for each subcarrier. Will be generated.
  • the time data generated by the IFFT unit 116 is complex data in the time domain. From the IFFT unit 116, time data of an I-axis component (in-phase component, real component) and a Q-axis component (quadrature component, imaginary component) Time data is generated.
  • I-axis component in-phase component, real component
  • Q-axis component quadrature component, imaginary component
  • the I-axis component time data is input to the parallel-serial converter 117, and the Q-axis component time data is discarded.
  • the parallel-serial conversion unit 117 has a function of converting parallel data input from the IFFT unit 116 into serial data.
  • the serial data output from the parallel-serial conversion unit 117 is input to the GI adding unit 118 as a baseband (baseband) OFDM signal (baseband OFDM signal).
  • the GI addition unit 118 performs a guard interval (GI) addition process on the baseband OFDM signal input from the parallel-serial conversion unit 117 and outputs the baseband OFDM signal to which the GI has been added to the packet configuration unit 120. .
  • GI guard interval
  • the preamble generation unit 119 has a function of generating and outputting a preamble signal for use in various synchronization processes such as frame synchronization and frequency synchronization performed on the reception side.
  • the packet configuration unit 120 adds a preamble signal to the OFDM signal output from the GI addition unit 118 to generate a signal in units of packets (also referred to as a “packet signal”).
  • the transmission unit 121 performs DA conversion processing that converts the digital packet signal generated by the packet configuration unit 120 into an analog packet signal, and outputs the packet signal after the DA conversion processing as a communication signal.
  • the communication signal output from the transmission unit 121 is transmitted to the reception device 20 via the transmission path 30.
  • the transmitter 10 discards the imaginary component time data out of the time domain complex data generated by the IFFT unit 116, and generates an OFDM signal ("real part" generated based on the real component time data. (Also referred to as “OFDM signal”) as a communication signal.
  • OFDM signal As a communication signal.
  • the transmission apparatus 10 can transmit a real signal without performing quadrature modulation, a configuration for performing quadrature modulation from the transmission apparatus 10 can be omitted.
  • the conventional transmission apparatus performs orthogonal modulation on the baseband OFDM signal after IFFT processing, and transmits the real part of the signal after orthogonal modulation as an OFDM signal in the carrier band.
  • the transmitting apparatus 10 of the present embodiment extracts a real part signal (real part signal) of the baseband OFDM signal without performing orthogonal modulation on the baseband OFDM signal after IFFT processing, and extracts the real part. The signal is transmitted.
  • the transmission apparatus 10 having the above configuration includes a generation unit that generates a baseband OFDM signal based on transmission data, and a real part excluding an imaginary part signal from the generated baseband OFDM signal. It can also be expressed as comprising a communication means for transmitting a communication signal based on the signal. That is, the generation means for generating the baseband OFDM signal includes a scrambler 111, an encoding unit 112, an interleaving unit 113, a primary modulation unit 114, an input signal configuration unit 115, an IFFT unit 116, and a parallel / serial conversion unit 117.
  • the transmission means includes a GI addition unit 118 and a transmission unit 121.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the receiving device 20 according to the present embodiment.
  • the reception device 20 includes a reception unit 201, a preamble detection unit 202, an AGC (automatic gain adjustment) unit 203, an FFT (fast Fourier transform) unit 204, an FFT control unit 205, A symbol timing detection unit 206, a transmission path estimation unit 207, an equalizer 208, a demodulation unit 209, a deinterleave unit 210, a Viterbi decoding unit 211, and a descrambler 212 are provided.
  • AGC automatic gain adjustment
  • FFT fast Fourier transform
  • the communication signal transmitted from the transmission device 10 is transmitted to the reception device 20 via the transmission path 30.
  • the receiving device 20 receives a communication signal at the receiving unit 201.
  • the receiving unit 201 performs filter processing, AD conversion processing, and the like on the received communication signal (received signal). Then, the reception unit 201 outputs the digital reception signal to the preamble detection unit 202, the AGC (automatic gain adjustment) unit 203, and the FFT unit 204.
  • the receiving apparatus 20 of the present embodiment does not have a configuration for performing quadrature detection and a low-pass filter for removing high-frequency component signals generated by quadrature detection.
  • the preamble detection unit 202 performs a preamble signal detection process for detecting a preamble signal included in the received signal.
  • the preamble signal detection process can be performed using, for example, a correlation calculation.
  • the preamble detection unit 202 detects the preamble signal
  • the preamble detection unit 202 outputs a signal (detection signal) indicating that the preamble signal has been detected to the AGC unit 203 and the FFT control unit 205.
  • the AGC unit 203 adjusts the gain according to the input of the preamble detection signal from the preamble detection unit 202 so that signals of different reception levels become signals of an appropriate level.
  • the FFT control unit 205 outputs a control signal to the FFT unit 204 based on the symbol timing, and controls the execution timing of the FFT processing executed by the FFT unit 204.
  • the FFT control unit 205 specifies the symbol timing based on the detection timing of the preamble signal. Since the configuration of the packet signal is known, the FFT control unit 205 can specify the symbol timing based on the detection timing of the preamble signal. Note that the symbol timing specified based on the preamble signal detection timing in the FFT control unit 205 is provisional symbol timing, and the symbol timing is finely adjusted later.
  • the symbol timing detection unit 206 detects normal symbol timing using the LTF 51L included in the preamble 51 of the packet.
  • the normal symbol timing detected by the symbol timing detection unit 206 is notified to the FFT control unit 205.
  • the FFT control unit 205 controls the execution timing of the FFT processing based on the normal symbol timing.
  • the FFT unit 204 performs a so-called multicarrier demodulation process in which a fast Fourier transform is performed on a received signal to convert a time domain signal into a frequency domain signal.
  • the reception signal after the multicarrier demodulation processing output from FFT section 204 is input to transmission path estimation section 207 and equalizer 208.
  • a real number signal and an imaginary number signal are respectively input to the FFT unit 204.
  • a signal based on the received signal subjected to a series of reception processing in the receiving unit 201 is a real number signal. Is input to the FFT unit 204, and, for example, zero is input as the imaginary signal.
  • the transmission path estimation unit (transmission path estimation means) 207 compares the preamble signal included in the received signal with the known preamble signal stored in advance in the storage unit of the receiving device 20, thereby determining the characteristics of the transmission path. presume.
  • the transmission path characteristics estimated by the transmission path estimation unit 207 are output to the equalizer 208.
  • the equalizer (equalization processing means) 208 performs an equalization process of dividing the received signal by the estimated transmission path characteristic corresponding to the received signal to remove the distortion of the transmission path.
  • the equalized reception signal output from the equalizer 208 is output to the demodulator 209.
  • Demodulation section 209 performs subcarrier demodulation processing such as demapping processing on the equalized reception signal, and outputs the demodulated reception signal to deinterleave section 210.
  • deinterleaving unit 210 deinterleaving is performed to restore the received signals rearranged on the transmission side.
  • the deinterleaved received signal is output to the Viterbi decoding unit 211.
  • Viterbi decoding section 211 performs error correction decoding on the received signal.
  • the descrambler 212 performs a descrambling process on the received signal output from the Viterbi decoding unit 211. As a result, decoded data corresponding to the transmission data is generated.
  • the multicarrier demodulation processing is performed on the received signal in the FFT unit 204 without performing quadrature detection.
  • demodulation means for obtaining decoded data (received data) in the receiving apparatus 20 of this embodiment includes a preamble detection unit 202, an FFT unit 204, an FFT control unit 205, a symbol timing detection unit 206, and a transmission path estimation unit 207.
  • An equalizer 208, a demodulator 209, a deinterleaver 210, a Viterbi decoder 211, and a descrambler 212 are included.
  • FIG. 4 is a diagram showing an OFDM signal LS composed of subcarriers with subcarrier numbers “0” to “N ⁇ 1”.
  • data transmission is performed using subcarriers included in a predetermined band among all subcarriers constituting the OFDM signal.
  • N subcarriers constituting an OFDM signal are numbered using integers from 0 to N-1 in ascending order of the frequency (center frequency) of each subcarrier, data transmission is performed.
  • the subcarriers used for are subcarriers numbered N / 2-1 or less.
  • the subcarrier used for data transmission is also referred to as “used subcarrier” or “transmission subcarrier”.
  • the carrier becomes the used subcarrier. That is, in the communication system 1, data transmission is performed by placing a data signal including transmission data on a subcarrier included in a predetermined band of the section LK among a plurality of subcarriers constituting the OFDM signal LS.
  • the predetermined band is a transmission band used for data transmission, and the transmission band includes used subcarriers.
  • each subcarrier with a number greater than N / 2-1 becomes a subcarrier not used for data transmission (also referred to as “unused subcarrier” or “non-transmission subcarrier”). Note that communication is performed by putting zero on each unused subcarrier.
  • N is a power of 2 and is an even number.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing that the input signal to the IFFT unit is an even function
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing that the input signal to the IFFT unit is an odd function
  • 7 and 8 are diagrams showing data used in the computer simulation.
  • 9 to 11 are diagrams showing the results of the computer simulation.
  • Equation (1) shows conversion from an N-point h e (k) signal to an N-point Re (n) signal, and Equation (2) shows an N-point ho (k) signal to N The conversion of a point to an I e (n) signal is shown.
  • Equation (3) indicates that if the real part of the complex signal input to the IFFT part is an even function and the imaginary part is an odd function, the output of the IFFT part is a real signal. Thus, if the output signal output from the IFFT unit is a real signal, there is no need to perform orthogonal modulation on the output signal of the IFFT unit, and the output signal of the IFFT unit is used as it is as a communication signal to be transmitted to the outside. It becomes possible.
  • the even function in the IFFT calculation means that N pieces of data are symmetric with respect to a line passing through the center point (symmetric with respect to the center point), as shown in FIG.
  • h (n) h (N ⁇ n).
  • the real part of the complex signal input to the IFFT unit may be an even function and the imaginary part may be an odd function.
  • the fact that the real part is an even function and the imaginary part is an odd function corresponds to the real part and the imaginary part of the input signal having symmetry.
  • a real signal can be output from the IFFT unit.
  • a band limiting filter is applied to a signal after IFFT processing in order to limit the spread of a band used for communication.
  • the communication signal is distorted due to the non-ideal characteristics of the band-limited filter, and the symmetry of the data signal May be damaged.
  • the reception device 20 receives a data signal having no symmetry and cannot restore the transmission data.
  • the transmitting apparatus 10 of the present embodiment when each of the N subcarriers constituting the OFDM signal is numbered using an integer from 0 to N ⁇ 1 in ascending order of the frequency of each subcarrier, A data signal is placed on subcarriers numbered N / 2-1 ”or lower. Then, the transmitting apparatus 10 performs communication without placing a data signal on the subcarriers numbered greater than N / 2-1.
  • band limiting filter If the band limiting filter is not required, data can be transmitted without causing distortion in the communication signal.
  • the output of the IFFT unit 116 is It becomes a complex signal having a part and an imaginary part.
  • the real part of the complex signal output from IFFT section 116 is symmetric when a data signal having subcarriers other than the transmission band among all subcarriers as unused subcarriers is input to IFFT section 116. If a real data signal output from the IFFT unit 116 is transmitted to the IFFT unit when the data signal having the characteristics is input to the IFFT unit, the real side of the complex signal output from the IFFT unit 116 is transmitted. The transmitted data can be restored.
  • an input signal x (k) to the IFFT unit 116 is defined as in the following equation (4).
  • N in Equation (4) represents the number of subcarriers constituting the OFDM signal.
  • Equation (8) the real part X R (n) of the signal X (n) after IFFT processing is Equation (8).
  • Equation (8) has the same form as Equation (3) except that the amplitude is half.
  • the receiving device 20 transmits the communication signal X R (n). If FFT processing is applied to the signal x, the signal x (k) can be generated from the relationship of the expression (3), and the transmission data can be restored.
  • FIG. 7 shows the real part x r (k) of the input signal x (k) to the IFFT unit 116
  • FIG. 8 shows the input to the IFFT unit 116.
  • the imaginary part x i (k) of the signal x (k) is shown.
  • FIG. 9 shows the real part signal X R (n) after IFFT processing.
  • FIG. 10 shows the real part x ′ r (k) of the signal x (k) restored by performing FFT processing on the real part signal X R (n) after IFFT processing
  • FIG. 11 shows the IFFT processing.
  • the imaginary part x ′ i (k) of the signal x (k) restored by performing FFT processing on the subsequent real part signal X R (n) is shown.
  • FIG. 7 and FIG. 10 and FIG. 8 and FIG. 11 also show that if the FFT processing is applied to the real part signal X R (n) after the IFFT processing, the input signal x ( It can be seen that k) can be restored.
  • each of the N subcarriers constituting the OFDM signal is numbered using an integer from 0 to N ⁇ 1 in ascending order of the frequency of each subcarrier.
  • the transmission data can be restored in the receiving apparatus 20 even if data is transmitted using each subcarrier numbered with N / 2-1 or lower.
  • the transmission device 10 includes a generation unit that generates a baseband OFDM signal based on transmission data, and a baseband OFDM signal. And transmitting means for transmitting a communication signal based on the real part signal excluding the imaginary part signal.
  • N N is an integer
  • subcarriers constituting the baseband OFDM signal are numbered using integers from 0 to N ⁇ 1 in ascending order of the center frequency of each subcarrier.
  • data signals including transmission data are placed on subcarriers numbered N / 2-1 or lower, and data signals are placed on subcarriers numbered higher than N / 2-1. I can't.
  • the receiving device 20 in the communication system 1 includes a receiving unit that receives a communication signal and a demodulating unit that acquires received data by demodulating the communication signal.
  • the demodulating means includes Fourier transform means for converting the communication signal from a time domain signal to a frequency domain signal.
  • the Fourier transform means receives a signal based on the communication signal as a real signal, and an imaginary signal. 0 is input as
  • the communication signal based on the real part signal excluding the imaginary part signal is transmitted without being subjected to quadrature modulation.
  • the configuration can be omitted, and as a result, the transmission device 10 can be reduced in size, cost, and power.
  • the receiving device 20 since the receiving device 20 receives a real signal that is not orthogonally modulated in the transmitting device 10, the receiving device 20 removes a configuration for performing quadrature detection and a signal of a high-frequency component generated by quadrature detection. This eliminates the need for a low-pass filter. According to this, it is possible to achieve downsizing, cost reduction, and power saving of the receiving device 20.
  • the transmission apparatus 10 performs communication without placing a data signal on the subcarriers in the non-transmission band to which a number greater than N / 2-1 is assigned among all the subcarriers, the communication signal is transmitted from the transmission apparatus 10. Therefore, it is possible to omit a band limiting filter for limiting the band of the transmission device 10 and to realize downsizing and cost reduction of the transmission device 10.
  • a data signal is assigned to subcarriers numbered N / 2-1 or lower, and N / 2 ⁇ 2
  • data signals are not assigned to subcarriers with numbers greater than 1, the assignment of data signals to subcarriers may be reversed. That is, data signals are assigned to subcarriers numbered greater than N / 2-1, and data signals are not assigned to subcarriers numbered N / 2-1 or lower, so that IFFT
  • the input signal to the unit 116 may be a substantially symmetrical signal.
  • the transmission device 10 and the reception device 20 in the communication system 1 are illustrated as being configured to be communicable by wired communication, but are not limited thereto.
  • the transmission device 10 and the reception device 20 may be configured to be communicable by wireless communication.
  • the transmission apparatus 10 includes a frequency conversion unit that converts a baseband OFDM signal into a carrier band OFDM signal, but does not require an orthogonal modulation unit.
  • the receiving device 20 has a configuration including a frequency conversion unit that converts the OFDM signal in the carrier band into the baseband OFDM signal, but does not require a quadrature detection unit.
  • Communication System 10 Communication Device (Transmitter) 20 Communication device (receiving device) 30 Transmission path 114 Primary modulation unit 115 Input signal configuration unit 116 IFFT unit 121 Transmission unit 201 Reception unit 204 FFT unit LK section LS OFDM signal

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Abstract

　本発明に係る送信装置１０は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを有している。そして、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられない。

Description

通信装置および通信システム
　本発明は、通信技術に関する。
　互いに直交する複数のサブキャリアから構成されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を用いて通信を行う技術が存在する（例えば、特許文献１）。
　ＯＦＤＭ信号を送信する一般的な通信装置（送信装置）は、送信データを複素平面上にマッピングする一次変調を行って複素シンボルを得た後、当該複素シンボルに逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施して、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する。そして、通信装置は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号に対して、直交変調、周波数変換等の所定の処理を施して、搬送帯域のＯＦＤＭ信号を生成し、搬送帯域のＯＦＤＭ信号を通信信号として伝送路に出力する。
　一方、ＯＦＤＭ信号を受信する一般的な通信装置（受信装置）は、受信信号に対して周波数変換、直交検波等の所定の処理を施して、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する。そして、通信装置は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、デマッピング処理等の復調処理を施して、データを復調する。
特開２００１－２３０７５１号公報
　このような各通信装置では、情報を伝達する通信機能を損なうことなく、通信装置の小型化が実現されることが好ましい。
　そこで、本発明は、通信装置の小型化を実現することが可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明に係る通信装置の第１の態様は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを備え、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられない。
　また、本発明に係る通信装置の第２の態様は、上記第１の態様であって、前記生成手段は、一次変調された前記データ信号を前記Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに割り当てるとともに、前記Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアに０を割り当てて並列データを生成する割当手段と、前記並列データを周波数領域のデータから時間領域のデータへと変換して、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換手段とを有する。
　また、本発明に係る通信装置の第３の態様は、通信信号を受信する受信手段と、前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段とを備え、前記通信信号は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく信号であり、前記復調手段は、前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される。
　本発明に係る通信システムの第１の態様は、第１通信装置と、前記第１通信装置と通信を行う第２通信装置とを備え、前記第１通信装置は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを有し、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられず、前記第２通信装置は、前記通信信号を受信する受信手段と、前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段とを有し、前記復調手段は、前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される。
　また、本発明に係る通信システムの第２の態様は、上記第１の態様であって、前記生成手段は、一次変調された前記データ信号を前記Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに割り当てるとともに、前記Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアに０を割り当てて並列データを生成する割当手段と、前記並列データを周波数領域のデータから時間領域のデータへと変換して、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換手段とを含む。
　また、本発明に係る通信装置の第４の態様は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを備え、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられない。
　また、本発明に係る通信システムの第３の態様は、第１通信装置と、前記第１通信装置と通信を行う第２通信装置とを備え、前記第１通信装置は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを有し、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられず、前記第２通信装置は、前記通信信号を受信する受信手段と、前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段とを有し、前記復調手段は、前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される。
　本発明によれば、通信装置の小型化を実現することが可能になる。
　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本実施形態に係る通信システムの構成図である。 本実施形態に係る送信装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。 サブキャリア番号「０」番のサブキャリアから「Ｎ－１」番のサブキャリアによって構成されるＯＦＤＭ信号を示す図である。 ＩＦＦＴ部への入力信号が偶関数であることを示す概念図である。 ＩＦＦＴ部への入力信号が奇関数であることを示す概念図である。 計算機シミュレーションに用いられたデータを示す図である。 計算機シミュレーションに用いられたデータを示す図である。 計算機シミュレーションの結果を示す図である。 計算機シミュレーションの結果を示す図である。 計算機シミュレーションの結果を示す図である。
　以下、実施形態について図面を参照して説明する。
　＜実施形態＞
　　［１．通信システムの構成］
　図１は、本実施形態に係る通信システム１の構成図である。
　図１に示されるように、通信システム１は、第１通信装置１０と第２通信装置２０とを有している。通信システム１における第１通信装置１０および第２通信装置２０は互いに有線通信によって通信可能に構成されている。第１通信装置１０と第２通信装置２０とを電気的に接続する伝送路３０は、通常の通信線であってもよく、或いは、電力線であってもよい。電力線を伝送路とする場合、第１通信装置１０および第２通信装置２０は、電力線通信（ＰＬＣ：power line communication）によって通信を行うことになる。
　また、通信装置１０，２０間の有線通信は、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアを合成して得られるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を用いて行われる。そして、当該ＯＦＤＭ信号は、一定の時間単位で区切ってパケット単位で伝送される。
　また、本通信システム１では、ＯＦＤＭ信号を構成する全サブキャリアのうち、所定帯域に含まれるサブキャリアを利用してデータの伝送が行われる。データの伝送に利用するサブキャリアの詳細については、後述する。
　なお、以下では、第１通信装置１０は送信装置として機能し、第２通信装置２０は受信装置として機能する場合を例示するが、これに限定されるものではない。すなわち、第１通信装置１０は、少なくとも送信機能を有しており、当該送信機能に加えて受信機能を有していてもよい。同様に、第２通信装置２０は、少なくとも受信機能を有しており、当該受信機能に加えて送信機能を有していてもよい。
　　［２．送信装置の構成］
　次に、通信システム１を構成する送信装置１０の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る送信装置１０の構成を示す図である。
　図２に示されるように、送信装置１０は、スクランブラ１１１、符号化部１１２、インターリーブ部（インターリーバ）１１３、一次変調部１１４、入力信号構成部１１５、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）部１１６、並列／直列変換部（並直列変換部）１１７、ＧＩ付加部１１８、プリアンブル生成部１１９、パケット構成部１２０、および送信部１２１を備えている。
　具体的には、スクランブラ１１１は、入力される送信データに対して、攪拌して順序を並び替えるスクランブル処理を施す。スクランブラ１１１においてスクランブル処理が施された送信データは、符号化部１１２に入力される。
　符号化部１１２は、スクランブル処理が施された送信データに対して、誤り訂正のための冗長符号化を行う。冗長符号化には、例えば、拘束長ｋ＝７、符号化率１／２を原符号とする畳み込み符号が用いられる。符号化部１１２から出力される送信データのビット列は、インターリーブ部１１３に入力される。
　インターリーブ部１１３では、誤りが１つのシンボルに偏らないようにするため、送信データのビット列を並び替えるビット・インターリーブが行われる。インターリーブ部１１３から出力される送信データは、一次変調部１１４入力される。
　一次変調部１１４では、所定の変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ）に従って、送信データがシンボルごとにサブキャリアにマッピング（対応づけ）される。
　なお、ここでのシンボル（Symbol）は、変調方式ごとに定まる、搬送波（サブキャリア）に乗せるひと区切りの送信データの構成単位を表し、後述のＯＦＤＭシンボルとの混同を避けるため、データシンボルまたは複素シンボルとも称される。例えば、ＱＰＳＫでは、１シンボル（１データシンボル）で送信できる送信データは２ビットである。
　入力信号構成部１１５は、バッファ等で構成され、送信データを含むデータ信号をサブキャリアに分散して乗せるために、一次変調部１１４から入力されたデータシンボルを所定個の並列データに変換する機能を有している。
　具体的には、上述のように、通信システム１では、ＯＦＤＭ信号を構成する全サブキャリアのうち、所定帯域に含まれるサブキャリアを利用してデータの伝送が行われる。このため、入力信号構成部１１５は、上記所定帯域に含まれるサブキャリアにデータ信号を割り当てるとともに、上記所定帯域以外の他のサブキャリアに０（ゼロ）を割り当てて並列データを生成し、当該並列データをＩＦＦＴ部１１６に出力する。
　このように、入力信号構成部１１５は、各サブキャリアにデータ信号の割り当てを行う割当手段として機能する。なお、データの伝送に利用されるサブキャリアを含む上記所定帯域の詳細については後述する。
　ＩＦＦＴ部１１６は、入力信号構成部１１５から入力される並列データに逆高速フーリエ変換を施して、周波数領域のデータを時間領域のデータに変換する。入力信号構成部１１５から入力される周波数領域のデータは、各サブキャリアに関する振幅および位相のデータであり、ＩＦＦＴ部１１６は、各サブキャリア分の振幅位相データから、１つのＯＦＤＭシンボル分の時間データを生成することになる。
　ＩＦＦＴ部１１６で生成される時間データは、時間領域の複素データであり、ＩＦＦＴ部１１６からは、Ｉ軸成分（同相成分、実数成分）の時間データと、Ｑ軸成分（直交成分、虚数成分）の時間データとがそれぞれ生成される。
　本実施形態では、ＩＦＦＴ部１１６で生成される時間領域の複素データのうち、Ｉ軸成分の時間データが並直列変換部１１７に入力され、Ｑ軸成分の時間データは破棄される。
　並直列変換部１１７は、ＩＦＦＴ部１１６から入力される並列のデータを直列のデータに変換する機能を有している。並直列変換部１１７から出力される直列のデータは、ベースバンド（基底帯域）のＯＦＤＭ信号（ベースバンドＯＦＤＭ信号）としてＧＩ付加部１１８に入力される。
　ＧＩ付加部１１８は、並直列変換部１１７から入力されるベースバンドＯＦＤＭ信号に対して、ガードインターバル（ＧＩ）の付加処理を施し、ＧＩ付加済みのベースバンドＯＦＤＭ信号をパケット構成部１２０に出力する。
　プリアンブル生成部１１９は、受信側で行われるフレーム同期、周波数同期等の各種同期処理に用いるためのプリアンブル（Preamble）信号を生成して出力する機能を有している。
　パケット構成部１２０は、ＧＩ付加部１１８から出力されるＯＦＤＭ信号にプリアンブル信号を付加して、パケット単位の信号（「パケット信号」とも称する）を生成する。
　送信部１２１は、パケット構成部１２０で生成されたデジタル形式のパケット信号をアナログ形式のパケット信号に変換するＤＡ変換処理を行い、ＤＡ変換処理後のパケット信号を通信信号として出力する。送信部１２１から出力された通信信号は、伝送路３０を介して受信装置２０へと伝送される。
　このように、送信装置１０は、ＩＦＦＴ部１１６において生成される時間領域の複素データのうち、虚数成分の時間データを破棄し、実数成分の時間データに基づいて生成されたＯＦＤＭ信号（「実部ＯＦＤＭ信号」とも称する）を通信信号として送信する。これによれば、送信装置１０は、直交変調を行うことなく、実数信号を伝送することが可能になるので、送信装置１０から直交変調を行うための構成を省くことができる。
　すなわち、従来の送信装置は、ＩＦＦＴ処理後のベースバンドＯＦＤＭ信号に対して直交変調を施し、直交変調後の信号のうち、実数部分の信号を搬送帯域のＯＦＤＭ信号として伝送していた。しかし、本実施形態の送信装置１０は、ＩＦＦＴ処理後のベースバンドＯＦＤＭ信号に対して直交変調を施すことなく、ベースバンドＯＦＤＭ信号の実数部分の信号（実部信号）を取り出して、当該実数部分の信号を伝送する。
　なお、上記構成を有する送信装置１０は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、生成されたベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する通信手段とで構成されているとも表現できる。すなわち、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段には、スクランブラ１１１、符号化部１１２、インターリーブ部１１３、一次変調部１１４、入力信号構成部１１５、ＩＦＦＴ部１１６、および並直列変換部１１７が含まれ、送信手段には、ＧＩ付加部１１８および送信部１２１が含まれる。
　　［３．受信装置の構成］
　次に、通信システム１を構成する受信装置２０について説明する。図３は、本実施形態に係る受信装置２０の構成を示す図である。
　図３に示されるように、受信装置２０は、受信部２０１と、プリアンブル検出部２０２と、ＡＧＣ（自動利得調整）部２０３と、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）部２０４と、ＦＦＴ制御部２０５と、シンボル・タイミング検出部２０６と、伝送路推定部２０７と、等化器２０８と、復調部２０９と、デインターリーブ部２１０と、ビタビ復号化部２１１と、デスクランブラ２１２とを備えている。
　送信装置１０から送信された通信信号は、伝送路３０を介して受信装置２０へと伝送される。受信装置２０は、通信信号を受信部２０１において受信する。
　受信部２０１は、受信した通信信号（受信信号）に対してフィルタ処理、ＡＤ変換処理等を施す。そして受信部２０１は、デジタル形式の受信信号を、プリアンブル検出部２０２、ＡＧＣ（自動利得調整）部２０３、およびＦＦＴ部２０４に出力する。
　なお、当該通信システム１において利用される通信信号は、送信側で直交変調されていない信号であるため、受信側では直交検波が不要となる。このため、本実施形態の受信装置２０は、直交検波を行うための構成、および直交検波によって生成される高周波成分の信号を除去するためのローパスフィルタを有していない。
　プリアンブル検出部２０２は、受信信号に含まれるプリアンブル信号を検出するプリアンブル信号の検出処理を行う。プリアンブル信号の検出処理は、例えば、相関演算を利用して行うことができる。そして、プリアンブル検出部２０２は、プリアンブル信号を検出した場合、プリアンブル信号を検出したことを示す信号（検出信号）をＡＧＣ部２０３およびＦＦＴ制御部２０５に出力する。
　ＡＧＣ部２０３は、プリアンブル検出部２０２からのプリアンブル検出信号の入力に応じて、異なる受信レベルの信号を適正なレベルの信号となるように、利得の調整を行う。
　ＦＦＴ制御部２０５は、シンボル・タイミングに基づいて、ＦＦＴ部２０４に対して制御信号を出力し、ＦＦＴ部２０４で実行されるＦＦＴ処理の実行タイミングを制御する。
　また、ＦＦＴ制御部２０５は、プリアンブル検出部２０２からプリアンブル検出信号が入力されたときは、プリアンブル信号の検出タイミングに基づいて、シンボル・タイミングを特定する。パケット信号の構成は既知であるため、ＦＦＴ制御部２０５は、プリアンブル信号の検出タイミングに基づいて、シンボル・タイミングを特定することができる。なお、ＦＦＴ制御部２０５において、プリアンブル信号の検出タイミングに基づいて特定されたシンボル・タイミングは、暫定的なシンボル・タイミングであり、シンボル・タイミングは、後に微調整される。
　シンボル・タイミング検出部２０６は、パケットのプリアンブル５１に含まれるＬＴＦ５１Ｌを用いて正規のシンボル・タイミングを検出する。シンボル・タイミング検出部２０６で検出された正規のシンボル・タイミングは、ＦＦＴ制御部２０５に通知される。正規のシンボル・タイミングが通知されると、ＦＦＴ制御部２０５では、正規のシンボル・タイミングに基づいて、ＦＦＴ処理の実行タイミングが制御されることになる。
　ＦＦＴ部２０４は、受信信号に高速フーリエ変換を施して、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する、いわゆるマルチキャリア復調処理を実行する。ＦＦＴ部２０４から出力されるマルチキャリア復調処理後の受信信号は、伝送路推定部２０７および等化器２０８に入力される。
　なお、ＦＦＴ部２０４へは、実数信号と虚数信号とがそれぞれ入力されることになるが、本受信装置２０では、受信部２０１において一連の受信処理が施された受信信号に基づく信号が実数信号としてＦＦＴ部２０４へ入力され、虚数信号としては、例えば、ゼロが入力される。
　伝送路推定部（伝送路推定手段）２０７は、受信信号に含まれるプリアンブル信号と、受信装置２０の記憶部に予め記憶されている既知のプリアンブル信号とを比較することによって、伝送路の特性を推定する。伝送路推定部２０７によって推定された伝送路特性（「推定伝送路特性」とも称する）は、等化器２０８に出力される。
　等化器（等化処理手段）２０８は、受信信号を、当該受信信号に対応する推定伝送路特性で除算して伝送路の歪みを除去する等化処理を行う。等化器２０８から出力される等化処理後の受信信号は、復調部２０９に出力される。
　復調部２０９は、等化処理後の受信信号にデマッピング処理等のサブキャリア復調処理を施し、復調された受信信号をデインターリーブ部２１０に出力する。
　デインターリーブ部２１０では、送信側で並び替えられた受信信号を元に戻すデインターリーブが行われる。デインターリーブされた受信信号は、ビタビ復号化部２１１に出力される。ビタビ復号化部２１１では、受信信号に対して誤り訂正復号が行われる。
　デスクランブラ２１２では、ビタビ復号化部２１１から出力された受信信号に対してデスクランブル処理が施される。これにより、送信データに対応した復号データが生成されることになる。
　このように、受信装置２０では、直交検波を行うことなく、ＦＦＴ部２０４において受信信号にマルチキャリア復調処理が施される。
　なお、本実施形態の受信装置２０において復号データ（受信データ）を取得する復調手段には、プリアンブル検出部２０２、ＦＦＴ部２０４、ＦＦＴ制御部２０５、シンボル・タイミング検出部２０６、伝送路推定部２０７、等化器２０８、復調部２０９、デインターリーブ部２１０、ビタビ復号化部２１１、およびデスクランブラ２１２が含まれる。
　　［４．ＯＦＤＭ信号を構成する各サブキャリアの利用態様］
　次に、上記通信システム１において用いられるＯＦＤＭ信号における、サブキャリアの利用態様について詳述する。図４は、サブキャリア番号「０」番のサブキャリアから「Ｎ－１」番のサブキャリアによって構成されるＯＦＤＭ信号ＬＳを示す図である。
　上述のように、通信システム１では、ＯＦＤＭ信号を構成する全サブキャリアのうち、所定帯域に含まれるサブキャリアを利用してデータの伝送が行われる。
　具体的には、ＯＦＤＭ信号を構成するＮ個のサブキャリアそれぞれを、各サブキャリアの周波数（中心周波数）の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けした場合、データの伝送に用いられるサブキャリアは、Ｎ／２－１以下の番号が付された各サブキャリアとなる。
　各サブキャリアのうち、データの伝送に用いられるサブキャリアは、「使用サブキャリア」または「伝送用サブキャリア」とも称され、例えば、図４に示されるＯＦＤＭ信号ＬＳでは、区間ＬＫに含まれるサブキャリアが使用サブキャリアとなる。すなわち、通信システム１では、ＯＦＤＭ信号ＬＳを構成する複数のサブキャリアのうち、区間ＬＫの所定帯域に含まれるサブキャリアに、送信データを含むデータ信号を乗せてデータの伝送が行われる。なお、上記所定帯域は、データの伝送に用いられる伝送帯域であり、当該伝送帯域には、使用サブキャリアが含まれることになる。
　一方、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付された各サブキャリアは、データの伝送に用いないサブキャリア（「不使用サブキャリア」または「非伝送用サブキャリア」とも称する）となる。なお、各不使用サブキャリアには、ゼロを乗せて通信が行われる。
　このように、通信システム１では、ＯＦＤＭ信号を構成するＮ個のサブキャリアそれぞれを、各サブキャリアの周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けした場合、伝送帯域に含まれるＮ／２－１以下の番号が付された各サブキャリアを用いてデータの伝送が行われる。これによれば、ＩＦＦＴ処理後のベースバンドＯＦＤＭ信号の実数部分の信号を通信信号として用いた場合でも、受信側において送信データの復元が可能になる。なお、厳密には、Ｎは、２のべき乗であり、偶数である。
　　［５．送信データの復元原理］
　次に、送信データの復元原理について説明する。図５は、ＩＦＦＴ部への入力信号が偶関数であることを示す概念図であり、図６は、ＩＦＦＴ部への入力信号が奇関数であることを示す概念図である。図７，８は、計算機シミュレーションに用いられたデータを示す図である。図９～図１１は、計算機シミュレーションの結果を示す図である。
　フーリエ変換理論では、「ＦＦＴ部への入力が実数の偶関数であれば、ＦＦＴ部からの出力は、実数の偶関数になり、入力が実数の奇関数であれば、ＦＦＴ部からの出力は、虚数の奇関数になる。」という定理が存在する。ＦＦＴ演算とＩＦＦＴ演算とは、対偶演算であるため、当該定理はＦＦＴ演算だけでなく、ＩＦＦＴ演算でも成立する。
　ＩＦＦＴ演算に関する上記定理を数式に表すと、下記式（１）、式（２）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、式（１）中のｈe（ｋ）は、ＩＦＦＴ処理前の実数の偶関数を表し、ｈo（ｋ）は、ＩＦＦＴ処理前の実数の奇関数を表している。また、式（１）は、Ｎ点のｈe（ｋ）信号からＮ点のＲe（ｎ）信号への変換を示し、式（２）は、Ｎ点のｈo（ｋ）信号からＮ点のＩe（ｎ）信号への変換を示している。
　ここで、ＩＦＦＴ部へ複素信号ｘ（ｋ）が入力され、当該複素信号の実部が偶関数であり、当該複素信号の虚部が奇関数であれば、上記式（１）、（２）から下記の式（３）が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）は、ＩＦＦＴ部へ入力される複素信号の実部が偶関数であり、かつ虚部が奇関数であれば、ＩＦＦＴ部の出力は、実数信号になることを示している。このように、ＩＦＦＴ部から出力される出力信号が実数信号であれば、ＩＦＦＴ部の出力信号に対して直交変調を施す必要がなく、ＩＦＦＴ部の出力信号を外部に送信する通信信号としてそのまま用いることが可能になる。
　ＩＦＦＴ演算は、Ｎ点の信号に対する演算であるため、偶関数および奇関数の定義は、数学上の定義とは若干異なる。具体的には、ＩＦＦＴ演算において偶関数とは、図５に示されるように、Ｎ個のデータが中心点を通る線に関して対称（中心点を基準にして左右対称）であることを意味し、数式では、ｈ（ｎ）＝ｈ（Ｎ－ｎ）と表される。また、ＩＦＦＴ演算において奇関数とは、図６に示されるように、Ｎ個のデータが中心点に関して点対称であることを意味し、数式では、ｈ（ｎ）＝－ｈ（Ｎ－ｎ）と表される。
　上述のように、ＩＦＦＴ部の出力が実数信号になるためには、ＩＦＦＴ部へ入力される複素信号の実部が偶関数であり、かつ虚部が奇関数であればよい。そして、ＩＦＦＴ部への入力信号において実部が偶関数および虚部が奇関数であるということは、入力信号の実部および虚部がそれぞれ対称性を有していることに相当する。
　このように、理論上、対称性を有したデータ信号をＩＦＦＴ部に入力すれば、ＩＦＦＴ部からは実数信号を出力させることが可能になる。
　しかし、通常、送信装置では、通信に利用する帯域の広がりを制限するために、ＩＦＦＴ処理後の信号に対して帯域制限フィルタが掛けられる。対称性を有したデータ信号をＩＦＦＴ部に入力し、ＩＦＦＴ処理後の信号に帯域制限フィルタを掛けると、帯域制限フィルタの非理想特性の影響により、通信信号に歪みが生じ、データ信号の対称性が損なわれる可能性がある。データ信号の対称性が損なわれた場合、受信装置２０は、対称性のないデータ信号を受信することになり、送信データを復元できないことになる。
　そこで、本実施形態の送信装置１０は、ＯＦＤＭ信号を構成するＮ個のサブキャリアそれぞれを、各サブキャリアの周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けした場合、「Ｎ／２－１」以下の番号が付されたサブキャリアにデータ信号を乗せる。そして、送信装置１０は、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにはデータ信号を乗せることなく通信を行う。
　このように、全サブキャリアのうち、伝送帯域以外のサブキャリアにデータ信号を乗せないことによれば、送信装置１０から出力される通信信号の帯域を制限することが可能になり、帯域制限フィルタが不要になる。
　帯域制限フィルタが不要になると、通信信号に歪みを生じさせることなくデータを伝送することが可能になる。
　一方、全サブキャリアのうち、伝送帯域以外のサブキャリアを不使用サブキャリアとした場合、対称性を有するデータ信号をＩＦＦＴ部１１６に入力することができなくなるため、ＩＦＦＴ部１１６の出力は、実部と虚部とを有した複素信号となる。
　ここで、全サブキャリアのうち、伝送帯域以外のサブキャリアを不使用サブキャリアとするデータ信号をＩＦＦＴ部１１６に入力させたときに、ＩＦＦＴ部１１６から出力される複素信号の実部が、対称性を有したデータ信号をＩＦＦＴ部に入力したときに、ＩＦＦＴ部から出力される実数信号と同じ形であれば、ＩＦＦＴ部１１６から出力される複素信号の実部を送信すれば、受信側では、送信データを復元できることになる。
　以下では、全サブキャリアのうち、伝送帯域以外のサブキャリアを不使用サブキャリアとして送信データの伝送を行った場合に、受信側で、送信データを復元可能か否かを検証する。
　まず、ＩＦＦＴ部１１６への入力信号ｘ（ｋ）を下記式（４）のように定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、式（４）中のＮは、ＯＦＤＭ信号を構成するサブキャリアの個数を表している。
　式（４）で示される信号ｘ（ｋ）にＩＦＦＴ処理を施すと、ＩＦＦＴ処理後の信号Ｘ（ｎ）は式（５）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）を展開して実部と虚部とで表される形に整理すると、式（６）のようになる。ここで、式（４）より、Ｎ／２≦ｋ≦Ｎ－１では、ｘ（ｋ）＝０であるため、式（６）は、式（７）のように表されることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（７）より、ＩＦＦＴ処理後の信号Ｘ（ｎ）の実部ＸR（ｎ）は、式（８）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（８）は、振幅が半分であること以外は、式（３）と同じ形となっている。式（４）で示される信号ｘ（ｋ）は、対称性を有した信号ではないが、Ｎ／２≦ｋ≦Ｎ－１ではｘ（ｋ）＝０であるため、実質的に対称性を有した信号と見ることができる。
　したがって、ＩＦＦＴ処理後の信号Ｘ（ｎ）のうち、式（８）で示される実部信号ＸR（ｎ）を通信信号として伝送した場合、受信装置２０は、当該通信信号ＸR（ｎ）にＦＦＴ処理を施せば、式（３）の関係から、信号ｘ（ｋ）を生成することができ、送信データを復元することができる。
　下記の図７～図１１は、計算機シミュレーションの結果を示し、図７は、ＩＦＦＴ部１１６への入力信号ｘ（ｋ）の実部ｘr（ｋ）、図８は、ＩＦＦＴ部１１６への入力信号ｘ（ｋ）の虚部ｘi（ｋ）を示している。図９は、ＩＦＦＴ処理後の実部信号ＸR（ｎ）を示している。また、図１０は、ＩＦＦＴ処理後の実部信号ＸR（ｎ）にＦＦＴ処理を施して復元された信号ｘ（ｋ）の実部ｘ’r（ｋ）を示し、図１１は、ＩＦＦＴ処理後の実部信号ＸR（ｎ）にＦＦＴ処理を施して復元された信号ｘ（ｋ）の虚部ｘ’i（ｋ）を示している。
　図７と図１０、および図８と図１１を比較すると、計算機シミュレーションの結果からも、ＩＦＦＴ処理後の実部信号ＸR（ｎ）にＦＦＴ処理を施せば、ＩＦＦＴ処理前の入力信号ｘ（ｋ）を復元できることが分かる。
　このように、本実施形態の通信システム１によれば、ＯＦＤＭ信号を構成するＮ個のサブキャリアそれぞれを、各サブキャリアの周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき場合、Ｎ／２－１以下の番号が付された各サブキャリアを用いてデータの伝送を行っても、受信装置２０において送信データを復元することができる。
　以上のように、送信装置１０と受信装置２０とを含む通信システム１において、送信装置１０は、送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段とを有している。そして、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられない。
　また、通信システム１における受信装置２０は、通信信号を受信する受信手段と、当該通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段とを有している。そして、当該復調手段は、通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される。
　以上のような通信システム１の送信装置１０では、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号が直交変調されることなく送信されるので、送信装置１０から直交変調を行うための構成を省くことができ、ひいては、送信装置１０の小型化、低コスト化および省電力化を実現することが可能になる。
　また、受信装置２０は、送信装置１０において、直交変調されていない実数信号を受信するので、受信装置２０では、直交検波を行うための構成、および直交検波によって生成される高周波成分の信号を除去するためのローパスフィルタが不要となる。これによれば、受信装置２０の小型化、低コスト化および省電力化を実現することが可能になる。
　また、送信装置１０は、全サブキャリアのうち、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付された非伝送帯域のサブキャリアにデータ信号を乗せないで通信を行うので、送信装置１０から通信信号の帯域を制限するための帯域制限フィルタを省くことが可能になり、送信装置１０の小型化、および低コスト化を実現することが可能になる。
　なお、上記では、ＩＦＦＴ部１１６への入力信号を実質的に左右対称な信号とするために、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアにはデータ信号を割り当て、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにはデータ信号を割り当てないようにしていたが、サブキャリアへのデータ信号の割り当て態様を反対にしてもよい。すなわち、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにはデータ信号を割り当て、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアにはデータ信号を割り当てないようにして、ＩＦＦＴ部１１６への入力信号を実質的に左右対称な信号としてもよい。
　＜変形例＞
　以上、実施形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、通信システム１における送信装置１０および受信装置２０が、有線通信によって通信可能に構成される態様を例示したがこれに限定されない。具体的には、送信装置１０と受信装置２０とは、無線通信によって通信可能に構成される態様であってもよい。無線通信によって通信可能に構成される場合、送信装置１０は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を搬送帯域のＯＦＤＭ信号にする周波数変換部を有する構成となるが、直交変調部は不要である。一方、受信装置２０は、搬送帯域のＯＦＤＭ信号をベースバンドのＯＦＤＭ信号にする周波数変換部を有する構成となるが、直交検波部は不要である。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１　通信システム
　１０　通信装置（送信装置）
　２０　通信装置（受信装置）
　３０　伝送路
　１１４　一次変調部
　１１５　入力信号構成部
　１１６　ＩＦＦＴ部
　１２１　送信部
　２０１　受信部
　２０４　ＦＦＴ部
　ＬＫ　区間
　ＬＳ　ＯＦＤＭ信号

Claims (7)

  1. 　送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段と、
    を備え、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられない通信装置。
  2. 　前記生成手段は、
    　　一次変調された前記データ信号を前記Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに割り当てるとともに、前記Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアに０を割り当てて並列データを生成する割当手段と、
    　　前記並列データを周波数領域のデータから時間領域のデータへと変換して、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換手段と、
    を有する請求項１に記載の通信装置。
  3. 　通信信号を受信する受信手段と、
    　前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段と、
    を備え、
    　前記通信信号は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく信号であり、
    　前記復調手段は、
    　　前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、
    　　前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される通信装置。
  4. 　第１通信装置と、
    　前記第１通信装置と通信を行う第２通信装置と、
    を備え、
    　前記第１通信装置は、
    　　送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、
    　　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段と、
    を有し、
    　　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられず、
    　前記第２通信装置は、
    　　前記通信信号を受信する受信手段と、
    　　前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段と、
    を有し、
    　　前記復調手段は、
    　　　前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、
    　　　前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される通信システム。
  5. 　前記生成手段は、
    　　一次変調された前記データ信号を前記Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに割り当てるとともに、前記Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアに０を割り当てて並列データを生成する割当手段と、
    　　前記並列データを周波数領域のデータから時間領域のデータへと変換して、前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換手段と、
    を含む請求項４に記載の通信システム。
  6. 　送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段と、
    を備え、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられない通信装置。
  7. 　第１通信装置と、
    　前記第１通信装置と通信を行う第２通信装置と、
    を備え、
    　前記第１通信装置は、
    　　送信データに基づいて、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する生成手段と、
    　　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号のうち、虚部の信号を除いた実部の信号に基づく通信信号を送信する送信手段と、
    を有し、
    　　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号を構成するＮ（Ｎは整数）個のサブキャリアを、各サブキャリアの中心周波数の昇順で、０からＮ－１までの整数を用いて番号付けしたとき、
    　前記ベースバンドのＯＦＤＭ信号では、Ｎ／２－１よりも大きい番号が付されたサブキャリアにデータ信号が乗せられ、Ｎ／２－１以下の番号が付されたサブキャリアに前記送信データを含むデータ信号が乗せられず、
    　前記第２通信装置は、
    　　前記通信信号を受信する受信手段と、
    　　前記通信信号を復調することによって、受信データを取得する復調手段と、
    を有し、
    　　前記復調手段は、
    　　　前記通信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換するフーリエ変換手段を含み、
    　　　前記フーリエ変換手段には、実数信号として前記通信信号に基づく信号が入力され、虚数信号として０が入力される通信システム。
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