WO2018163290A1 - 通信回線品質推定装置、送信装置および通信回線品質推定方法 - Google Patents

通信回線品質推定装置、送信装置および通信回線品質推定方法 Download PDF

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WO2018163290A1
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WO
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quality estimation
unit
communication channel
channel quality
power
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PCT/JP2017/009028
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English (en)
French (fr)
Inventor
東中　雅嗣
周作 梅田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying

Definitions

  • the present invention relates to a communication channel quality estimation device, a transmission device, and a communication channel quality estimation method for estimating communication channel quality.
  • the signal power to noise power ratio (hereinafter referred to as SNR (Signal to Noise power Ratio)) )) Is measured.
  • orthogonal modulation method As a modulation method used in a digital wireless communication apparatus, there is an orthogonal modulation method in which transmission information bits are assigned to orthogonal sequences for transmission.
  • the orthogonal modulation method is a particularly useful method in a communication system in which the bit error rate of a white Gaussian noise transmission path can be suppressed low when the dimension of an orthogonal sequence to be used is large, and high power efficiency is required.
  • any combination of sequences used for modulation can be used as long as they are orthogonal to each other.
  • orthogonal FSK Frequency Shift Keying
  • the orthogonal FSK has the advantage that the PAPR (Peak to Average Power Ratio) of the transmission signal is reduced because the sine wave is a constant envelope signal, and the transmission amplifier of the transmitter can be used efficiently.
  • Patent Document 1 discloses a known signal transmitted in M-ary communication, which is one of quadrature modulation techniques, and the received known signal is converted into a received known signal.
  • a technique for estimating communication channel quality by applying a correlator is disclosed.
  • the transmission device transmits a known signal
  • the reception device may regard a correlator output corresponding to the known signal pattern as a communication wave component and other correlator outputs as only noise components. it can.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a communication channel quality estimation apparatus capable of estimating communication channel quality without reducing communication efficiency in information transmission using orthogonal sequences.
  • the communication channel quality estimation apparatus of the present invention is selected from a second number of orthogonal sequences smaller than the first number among the first number of orthogonal sequences.
  • a correlation processing unit is provided that performs correlation processing corresponding to the first number of orthogonal sequences on a received signal that has received a signal generated using an orthogonal sequence.
  • the communication channel quality estimation apparatus further includes a synthesis unit that synthesizes correlation values corresponding to the second number of orthogonal sequences among the correlation values that are correlation processing results of the correlation processing unit.
  • the communication channel quality estimation apparatus further includes a first power calculation unit that calculates a first power value using the correlation values synthesized by the synthesis unit.
  • the communication line quality estimation apparatus is characterized in that the first power value is used as a communication line quality estimation result.
  • the communication channel quality estimation apparatus has an effect that communication channel quality can be estimated without reducing communication efficiency in information transmission using orthogonal sequences.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a transmission apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the transmission apparatus according to the first embodiment;
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a receiving apparatus according to the first embodiment; 1 is a flowchart showing the operation of the receiving apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a receiving apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the receiving apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a receiving apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the receiving apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 1 illustrates the image of
  • FIG. 1 The figure which shows the 2nd example of the discretized SNR which is a processing result in the comparison part of the communication line quality estimation apparatus concerning Embodiment 2.
  • FIG. 1 The figure which shows the 3rd example of the discretized SNR which is a processing result in the comparison part of the communication line quality estimation apparatus concerning Embodiment 2.
  • FIG. 1 The figure which shows the 2nd example of the discretized SNR which is a processing result in the comparison part of the communication line quality estimation apparatus concerning Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a block diagram of a configuration example of the transmission apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the transmission apparatus 1 includes a symbol generation unit 100, a transmission high frequency processing unit 101, and a transmission antenna 102.
  • the transmission high-frequency processing unit 101 and the transmission antenna 102 are collectively referred to as a transmission unit.
  • FIG. 2 is a flowchart of the operation of the transmission apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the symbol generation unit 100 When the information bit sequence to be transmitted is input, the symbol generation unit 100 performs processing for selecting an orthogonal sequence associated with the information bit sequence on a one-to-one basis and outputting it as an orthogonal modulation symbol.
  • the following description will be made assuming that an orthogonal modulation scheme configured based on orthogonal FSK that performs information transmission using orthogonal subcarriers is used.
  • symbol generation section 100 selects orthogonal subcarriers having different frequencies according to the information bit sequence, and outputs a sine wave corresponding to the selected subcarrier as an orthogonal modulation symbol, that is, a transmission symbol.
  • a transmission symbol may be simply referred to as a signal.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of subcarriers defined when the symbol generation unit 100 of the transmission device 1 according to the first embodiment performs information transmission using 4FSK.
  • subcarriers 200 to 203 are 4FSK subcarriers to be selected when information is transmitted by symbol generator 100, and subcarriers 204 to 207 are selected when information is transmitted by symbol generator 100. It is a subcarrier that is not targeted. Since 4FSK can transmit 2 bits per symbol, for example, subcarrier 200 is bit “00”, subcarrier 201 is bit “01”, subcarrier 202 is bit “10”, and subcarrier 203 is bit. It will be assigned to “11”.
  • the symbol generation unit 100 selects a corresponding subcarrier according to the information bit sequence, and generates a transmission symbol (step S1).
  • the symbol generation unit 100 passes the generated transmission symbol to the transmission high frequency processing unit 101.
  • the symbol generation unit 100 defines eight orthogonal subcarriers, and transmits a signal using only four orthogonal subcarriers.
  • the number of subcarriers defined more than the number of subcarriers necessary for information transmission is the first number
  • the number of subcarriers necessary for information transmission is the second number.
  • the first number is “8” and the second number is “4”. Note that the first number> the second number.
  • the transmission high-frequency processing unit 101 performs high-frequency processing necessary for transmitting the transmission symbol passed from the symbol generation unit 100 as a high-frequency radio signal from the transmission antenna 102, such as DA (Digital to Analog) conversion and up-conversion. To implement.
  • the transmission high-frequency processing unit 101 generates a high-frequency wireless signal from the transmission symbol, and transmits the high-frequency wireless signal via the transmission antenna 102 (step S2).
  • FIG. 4 is a block diagram of a configuration example of the receiving device 2 according to the first embodiment.
  • the receiving apparatus 2 includes a receiving antenna 300, a received high frequency processing unit 301, a correlation processing unit 302, a determination unit 303, a subcarrier combining unit 304, an inter-symbol combining unit 305, and a first power calculating unit 306. , A second power calculation unit 307, an averaging processing unit 308, and a power ratio calculation unit 309.
  • the calculation unit 309 constitutes the communication line quality estimation device 3.
  • the subcarrier combining unit 304 and the inter-symbol combining unit 305 constitute a combining unit 310.
  • FIG. 5 is a flowchart of the operation of the receiving device 2 according to the first embodiment.
  • the high frequency radio signal received by the receiving antenna 300 is transferred to the reception high frequency processing unit 301.
  • the reception high-frequency processing unit 301 performs processing such as down-conversion, analog band limiting filter processing, and AD (Analog to Digital) conversion processing, and generates a complex baseband reception signal (step S11).
  • the reception high-frequency processing unit 301 may appropriately perform reception signal synchronization processing such as frequency synchronization and timing synchronization well-known to those skilled in the art, and waveform equalization processing.
  • the reception high-frequency processing unit 301 passes the generated complex baseband reception signal to the correlation processing unit 302.
  • a complex baseband received signal may be simply referred to as a received signal.
  • Correlation processing section 302 holds the same series as the orthogonal series used in symbol generation section 100 of transmitting apparatus 1 and uses the held orthogonal series for the received complex baseband received signal. Correlation processing is performed (step S12).
  • the correlation processing unit 302 performs correlation processing by applying an 8-point DFT (Discrete Fourier Transform). It can be implemented.
  • correlation processing section 302 can obtain eight complex subcarrier signals corresponding to subcarriers 200 to 207 in FIG. 3 as correlation values.
  • Correlation processing section 302 passes the obtained complex subcarrier signal, which is a correlation value, to determination section 303, subcarrier combining section 304, and second power calculation section 307.
  • the determination unit 303 determines a transmission signal for only the complex subcarrier signal delivered from the correlation processing unit 302 that corresponds to 4FSK used for information transmission (step S13). For example, the determination unit 303 may determine that the subcarrier corresponding to the maximum complex subcarrier signal is transmitted by comparing the power values of the complex subcarrier signals, or the real axis of the complex subcarrier signal. It may be determined that a subcarrier having a large component is transmitted, and the determination method is not limited. The determination unit 303 outputs the determination result to a subsequent configuration (not shown).
  • communication channel quality is estimated by processing of a subcarrier combining unit 304, an intersymbol combining unit 305, a first power calculation unit 306, a second power calculation unit 307, and a power ratio calculation unit 309 described later. I do.
  • receiving apparatus 2 outputs an SNR as a communication channel quality estimation result from power ratio calculation section 309.
  • the subcarrier combining unit 304 selects a complex subcarrier signal corresponding to a 4FSK subcarrier used for information transmission among the eight complex subcarrier signals passed from the correlation processing unit 302 as the first combining process. Are added together (step S14).
  • the subcarrier combining unit 304 adds four types of complex subcarrier signals corresponding to the subcarriers 200 to 203.
  • Subcarrier combining section 304 passes the added complex subcarrier signal to intersymbol combining section 305.
  • Inter-symbol combining section 305 performs a process of adding the added complex subcarrier signals passed from subcarrier combining section 304 between a plurality of different transmission symbols as a second combining process (step S15). .
  • the added complex subcarrier signal delivered from the subcarrier combining unit 304 at a certain time n is expressed as x (n).
  • the inter-symbol combining unit 305 performs a calculation “x (n) + x (n ⁇ 1) + x (n ⁇ 2)”.
  • Inter-symbol combining section 305 passes the processing result, that is, the combined complex subcarrier signal, to first power calculating section 306.
  • combining section 310 performs a process of combining complex subcarrier signals corresponding to 4FSK subcarriers used for information transmission among the eight complex subcarrier signals from correlation processing section 302. Is going.
  • First power calculation section 306 calculates the power value of the combined complex subcarrier signal passed from inter-symbol combining section 305.
  • the first power calculation unit 306 can calculate the power value as
  • the power value calculated by the first power calculation unit 306 is set as the first power value.
  • the first power calculation unit 306 calculates or generates a first power value and passes it to the power ratio calculation unit 309 (step S16).
  • the second power calculation unit 307 is not a 4FSK subcarrier used for information transmission, that is, a subcarrier that is not used for information transmission. Select the corresponding complex subcarrier signal.
  • the second power calculator 307 selects four types of complex subcarrier signals corresponding to the subcarriers 204 to 207.
  • the second power calculator 307 calculates a power value for each complex subcarrier signal for the selected complex subcarrier signal, and adds the calculated power value (step S17).
  • the power value after the addition is set as the second power value.
  • the second power calculation unit 307 performs the calculation “
  • the second power calculation unit 307 passes the second power value to the averaging processing unit 308.
  • the averaging processing unit 308 performs processing for averaging the second power value passed from the second power calculation unit 307 between the transmission symbols (step S18). For example, it is assumed that the averaging processing unit 308 is configured to perform a simple average for three symbols.
  • the second power value delivered from the second power calculator 307 at a certain time n is expressed as z (n).
  • the averaging processing unit 308 performs the calculation “(z (n) + z (n ⁇ 1) + z (n ⁇ 2)) / 3”.
  • the averaging processing unit 308 averages the second power value and passes the averaged second power value to the power ratio calculation unit 309.
  • An arbitrary method can be applied as the averaging method, and is not particularly limited.
  • the power ratio calculation unit 309 calculates the ratio between the first power value passed from the first power calculation unit 306 and the second power value after averaging passed from the averaging processing unit 308. To do. As described above, the first power value is calculated based on the complex subcarrier signal corresponding to the 4FSK subcarrier used for information transmission, and is the estimation result of the signal power of the communication wave. The averaged second power value is calculated based on a complex subcarrier signal corresponding to a subcarrier that is not a 4FSK subcarrier used for information transmission, that is, a subcarrier that is not used for information transmission. This is an estimation result of power. The power ratio calculation unit 309 calculates the SNR as the communication channel quality estimation result by dividing the first power value by the averaged second power value (step S19). The power ratio calculation unit 309 outputs the calculated SNR.
  • the receiving antenna 300 is an antenna element.
  • the reception high-frequency processing unit 301 is an interface circuit having a reception function.
  • Correlation processing unit 302, determination unit 303, subcarrier combining unit 304, inter-symbol combining unit 305, first power calculation unit 306, second power calculation unit 307, averaging processing unit 308, and power ratio calculation unit 309 That is, the communication line quality estimation device 3 is realized by a processing circuit. That is, the communication line quality estimation device 3 includes a processing circuit for estimating the communication line quality.
  • the processing circuit may be a processor and a memory that execute a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the processing circuit may be composed of a plurality of processing circuits such as a processing circuit that implements the communication line quality estimation apparatus 3 and a processing circuit that implements the determination unit 303, or as described above, the determination unit 303 and the communication line quality.
  • the estimation device 3 may be configured by a single processing circuit that collectively implements the estimation device 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the processing circuit of the communication channel quality estimation apparatus 3 according to the first embodiment is configured by a processor and a memory.
  • the processing circuit includes the processor 91 and the memory 92
  • each function of the processing circuit of the communication line quality estimation apparatus 3 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is described as a program and stored in the memory 92.
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92. That is, in the communication line quality estimation apparatus 3, the processing circuit includes a memory 92 for storing a program that results in the estimation of the communication line quality.
  • These programs can also be said to cause a computer to execute the procedure and method of the communication line quality estimation apparatus 3.
  • the processor 91 may be a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 92 is nonvolatile or volatile, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), and the like.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory such as EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), and the like.
  • Such semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), and the like are applicable.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the treatment circuit of the communication line quality estimation apparatus 3 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit is dedicated hardware
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 7 includes, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (FPGA). Field Programmable Gate Array) or a combination of these.
  • Each function of the communication line quality estimation apparatus 3 may be realized by the processing circuit 93 for each function, or each function may be realized by the processing circuit 93 collectively.
  • each function of the communication line quality estimation apparatus 3 may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by software or firmware.
  • the processing circuit can realize the above-described functions by dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the hardware configuration of the communication line quality estimation apparatus 3 has been described, the hardware configuration of the transmission apparatus 1 is the same.
  • the transmission antenna 102 is an antenna element.
  • the transmission high-frequency processing unit 101 is an interface circuit having a transmission function.
  • the symbol generation unit 100 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit of the transmission device 1 may be a processor and a memory that execute a program stored in a memory, or may be dedicated hardware, like the communication line quality estimation device 3.
  • communication channel quality estimation apparatus 3 in reception apparatus 2 performs communication by combining complex subcarrier signals corresponding to FSK subcarriers and calculating a power value. Calculate the signal power of the wave.
  • the complex subcarrier signal that is the output from the correlation processing unit 302 corresponding to the subcarrier selected by the symbol generation unit 100 of the transmission apparatus 1 is ideally on the complex plane regardless of the selected subcarrier. There is a signal component only on the real axis. On the other hand, only a random noise component exists in the complex subcarrier signal that is an output from the correlation processing unit 302 corresponding to the subcarrier not selected by the symbol generation unit 100 of the transmission apparatus 1.
  • the communication channel quality estimation apparatus 3 synthesizes complex subcarrier signals between subcarriers in the same symbol, and further synthesizes between different symbols. As a result, it is expected that the signal component of the communication wave remains and the noise component is averaged and becomes small, and the receiving device 2 can estimate the signal power of the communication wave using the data symbol.
  • the communication line quality estimation apparatus 3 can estimate the communication line quality without transmitting a known signal, that is, without reducing the communication efficiency, when information transmission is performed using an orthogonal sequence.
  • subcarriers exceeding the number of subcarriers used for information transmission are defined in transmitting apparatus 1 using orthogonal FSK.
  • the communication channel quality estimation apparatus 3 is configured to calculate noise power from the power value of a complex subcarrier signal not corresponding to the FSK subcarrier used for information transmission. Thereby, the communication channel quality estimation device 3 can easily estimate the noise power in the data symbol by using the output of the correlator provided in the process of demodulating the signal of the orthogonal modulation method as it is.
  • the orthogonal FSK is used as an example of the orthogonal modulation method.
  • the present invention is not limited to this, and a modulation method using an arbitrary orthogonal sequence can be adopted.
  • Hadamard sequences can be used as orthogonal sequences.
  • the complex subcarrier signal is added by subcarrier combining section 304 and intersymbol combining section 305.
  • the present invention is not limited to this, and averaging processing is performed. It is good.
  • the inter-symbol combining unit 305 may appropriately use an averaging process that divides the result of addition of 3 symbols by 3.
  • the symbol generation unit 100 of the transmission apparatus 1 is configured such that the orthogonal subcarriers to be selected are alternately arranged with the orthogonal subcarriers that are not to be selected as illustrated in FIG.
  • the present invention is not limited to this, and an arbitrary arrangement may be defined.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of subcarriers defined when the symbol generation unit 100 of the transmission device 1 according to the first embodiment performs information transmission using 4FSK.
  • subcarriers 400 to 403 are 4FSK subcarriers to be selected when information is transmitted by symbol generator 100
  • subcarriers 404 to 407 are selected when information is transmitted by symbol generator 100. It is a subcarrier that is not targeted.
  • the number of orthogonal sequences may be an arbitrary value.
  • the symbol generation unit 100 may set the number of subcarriers to 16 when signal transmission is performed using 4FSK. Further, the symbol generation unit 100 may be configured to change the combination of orthogonal sequences to be selected for each symbol according to a predetermined rule.
  • the subcarrier combining unit 304 and the second power calculating unit 307 of the receiving device 2 change the complex subcarrier signal to be used according to a predetermined rule. With this configuration, for example, even in a situation where the power of a specific subcarrier drops due to frequency selective fading, the receiving device 2 can accurately estimate the power value of the communication wave. It becomes.
  • the SNR is output as the estimation result of the communication line quality.
  • the communication line quality estimation device 3 may use, for example, the output of the first power calculation unit 306 corresponding to the estimation result of the signal power component of the communication wave, that is, the first power value as the communication line quality estimation result.
  • the averaging processing unit 308 performs the process of averaging the second power value passed from the second power calculating unit 307 between the transmission symbols, but the averaging processing unit The process 308 may be omitted.
  • the power ratio calculation unit 309 performs calculation to divide the first power value passed from the first power calculation unit 306 by the second power value after averaging passed from the averaging processing unit 308. However, even if the averaging processing in the averaging processing unit 308 is omitted, only the magnitude of the SNR as a calculation result is different.
  • the communication line quality estimation apparatus 3 calculates the latest SNR calculated by the power ratio calculation unit 309 and the power ratio calculation unit 309 in the past. There is no problem in comparison with the calculated SNR or the SNR calculated by the power ratio calculation unit 309 in the future.
  • the power ratio calculation unit 309 calculates the SNR as the communication channel quality estimation result by dividing the first power value by the second power value in step S19.
  • Embodiment 2 FIG. In the second embodiment, the fluctuation cycle of communication line quality is estimated. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.
  • FIG. 9 is a block diagram of a configuration example of the receiving device 2a according to the second embodiment.
  • the receiving device 2a is obtained by adding a comparison unit 500, a differentiation processing unit 501, and a period calculating unit 502 to the configuration of the receiving device 2 of the first embodiment.
  • the communication channel quality estimation device 3a is obtained by adding a comparison unit 500, a differentiation processing unit 501, and a cycle calculation unit 502 to the configuration of the communication channel quality estimation device 3 of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart of the operation of the receiving device 2a according to the second embodiment.
  • the processing from step S11 to step S19 is the same as the processing from step S11 to step S19 shown in FIG.
  • the power ratio calculation unit 309 passes the calculated SNR to the comparison unit 500 by performing the processing described in the first embodiment.
  • the comparison unit 500 compares the SNR delivered from the power ratio calculation unit 309 with a threshold value defined as a parameter, and performs a process of discretizing the SNR (step S20).
  • FIG. 11 is a diagram exemplifying an SNR image to be discretized in the comparison unit 500 of the communication channel quality estimation apparatus 3a according to the second embodiment.
  • the vertical axis 600 is an axis indicating SNR
  • the horizontal axis 601 is an axis indicating time.
  • SNR 602 indicates the SNR delivered from the power ratio calculator 309
  • the threshold 603 indicates a parameter-set threshold.
  • a value A representing an SNR equal to or higher than the threshold 603 and a value B representing an SNR smaller than the threshold 603 are used.
  • the comparison unit 500 compares the passed SNR 602 with the threshold value 603, assigns a value A as the discretized SNR to the SNR equal to or higher than the threshold value 603, and discretizes the SNR smaller than the threshold value 603.
  • the process of assigning the value B as the converted SNR is performed.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a first example of a discretized SNR that is a processing result in the comparison unit 500 of the communication channel quality estimation apparatus 3a according to the second embodiment.
  • SNR 700 indicates a discretized SNR.
  • the discretized SNR is switched from the value A to the value B at the time T1 and changes from the value B to the value A at the time T2.
  • the discretized SNR is switched from the value A to the value B at the time T3 and changes from the value B to the value A at the time T4. That is, the comparison unit 500 converts the SNR 602 into a discretized SNR.
  • the comparison unit 500 passes the discretized SNR to the differentiation processing unit 501.
  • the differential processing unit 501 delivers the calculated differential value to the cycle calculation unit 502.
  • the period calculation unit 502 estimates the communication line quality fluctuation period based on the passed differential value, that is, the SNR fluctuation (step S22). Specifically, the cycle calculation unit 502 estimates a section with good communication line quality and a section with bad communication from the differential value.
  • whether the communication line quality is good or bad can be defined in advance for the discretized SNR.
  • the cycle calculation unit 502 calculates an average value of a timing interval at which the sign of the differential value is negative and a timing interval at which the sign of the differential value is positive, and outputs the average value as a fluctuation cycle of communication channel quality.
  • the cycle calculation unit 502 calculates the average value of the interval between the time T3 and the time T1 and the interval between the time T4 and the time T2, and sets it as the fluctuation cycle of the communication channel quality.
  • the cycle calculation unit 502 outputs the timing at which the sign of the differential value becomes negative as the starting point of the communication channel quality fluctuation cycle.
  • the period calculation unit 502 outputs time T1 and time T3 as the starting point of the fluctuation period.
  • the receiving device 2a uses the communication channel quality estimation device 3a, that is, the communication channel quality fluctuation period output from the period calculation unit 502 and information on the starting point thereof, for example, a guideline for performing communication control such as adaptive modulation control. Can be used.
  • the hardware configuration of the receiving device 2a can be realized by the same hardware configuration as that of the receiving device 2 of the first embodiment.
  • the calculation unit 309, the comparison unit 500, the differentiation processing unit 501, and the cycle calculation unit 502, that is, the communication line quality estimation device 3a are realized by a processing circuit.
  • comparison unit 500 determines a threshold value for the SNR delivered from power ratio calculation unit 309. Based on the result, the SNR is discretized, the differentiation processing unit 501 calculates the discretized differential value of the SNR, and the cycle calculation unit 502 estimates the fluctuation period of the communication channel quality from the differential value.
  • the communication channel quality estimation result estimated in symbol units includes an error, and it is difficult to accurately follow an environment in which the communication channel quality varies.
  • the communication channel quality estimation apparatus 3a uses the configuration of the present embodiment, for example, to improve the communication channel quality estimation accuracy in an environment where the communication channel quality fluctuates with periodicity, and performs adaptive modulation control and the like. The used efficient communication can be realized.
  • the period calculation unit 502 when calculating the communication channel quality fluctuation period, averages the timing interval at which the sign of the differential value is negative and the timing interval at which the sign of the differential value is positive.
  • required it is not limited to this.
  • the period calculation unit 502 may calculate using only the timing when the sign of the differential value becomes negative, or may calculate using only the timing when the sign of the differential value becomes positive.
  • the cycle calculation unit 502 observes the timing at which the sign of the differential value becomes positive and negative a plurality of times, and a plurality of timing intervals at which the sign of the differential value becomes negative and a plurality of timing intervals at which the sign of the differential value becomes positive You may calculate using the average value of.
  • the cycle calculation unit 502 may calculate the starting point of the fluctuation cycle based on the timing at which the sign of the differential value becomes positive.
  • the period calculation unit 502 calculates the communication line quality fluctuation period when the sign of the differential value passed from the differentiation processing unit 501 is positive or negative.
  • the sign of the differential value that appears at a timing that does not coincide with the calculated fluctuation cycle of the communication channel quality may be excluded from the calculation of the fluctuation of the communication channel quality.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a second example of the discretized SNR that is the processing result in the comparison unit 500 of the communication channel quality estimation apparatus 3a according to the second embodiment.
  • SNR 800 indicates a discretized SNR.
  • the sign of the differential value becomes negative at the timings of times T5, T7, T9, T11, and T13, and the sign of the differential value becomes positive at the times of times T6, T8, T10, and T12.
  • the interval at which the sign of the differential value is negative is constant from time T5 to time T11, and the interval at which the sign of the differential value is positive is constant from time T6 to time T12. is there.
  • the period calculation unit 502 regards the sign of the differential value at time T13 as an estimation error and ignores it.
  • the cycle calculation unit 502 can accurately calculate the fluctuation cycle of the communication channel quality and the starting point of the fluctuation cycle even when there is an error in the instantaneous communication channel quality estimation accuracy.
  • the period calculation unit 502 may determine that there is a slight error in determining whether or not it matches the fluctuation period of the communication line quality calculated in the past, and may determine that there is a mismatch or a predetermined allowable error value. If there is the above error, it may be determined that there is a mismatch.
  • the cycle calculation unit 502 resets the previously calculated fluctuation cycle of the communication channel quality, Alternatively, the communication line quality fluctuation period may be recalculated.
  • the period calculation unit 502 calculates the communication line quality fluctuation period when the same communication line quality fluctuation period is observed a plurality of times as a calculation method of the past communication line quality fluctuation period. It may be confirmed.
  • the period calculation unit 502 may determine that the calculated fluctuation period of the communication channel quality is the same, for example, if the calculated fluctuation period is within a predetermined tolerance, for example. .
  • the comparison unit 500 uses only one threshold value 603 in the example of FIG. 11 in the process of calculating the discretized SNR.
  • the discretized SNR may be calculated using the threshold value.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a third example of the discretized SNR that is the processing result of the comparison unit 500 of the communication channel quality estimation apparatus 3a according to the second embodiment.
  • an SNR 900 indicates an SNR discretized using two threshold values, and a first threshold value 901 and a second threshold value 902 indicate parameter set threshold values.
  • the SNR of the first threshold value 901 or more is the value A
  • the SNR smaller than the first threshold value 901 and the second threshold value 902 or more is the value B
  • An SNR smaller than the second threshold value 902 is set as a value C.
  • the comparison unit 500 compares the SNR delivered from the power ratio calculation unit 309 with the first threshold value 901 and the second threshold value 902. When the SNR equal to or higher than the first threshold value 901 is delivered, the comparison unit 500 assigns the value A as the discretized SNR, is smaller than the first threshold value 901, and is equal to the second threshold value.
  • the differential processing unit 501 that has passed the SNR discretized into three values can calculate the absolute value of the differential value in addition to the sign of the differential value. For example, in the differentiation process at time T14 shown in FIG. 14, the differentiation processing unit 501 has a differential value of BA, a sign of the differential value is negative, and an absolute value of the differential value is
  • the differentiation processing unit 501 obtains the differential value as AC, the differential value has a positive sign, and the differential value has an absolute value as
  • the period calculation unit 502 can calculate the fluctuation period based on the sign and the absolute value of such a differential value. Thereby, the receiving apparatus 2a can perform communication line quality estimation with finer accuracy, and can expect improvement in communication efficiency by performing communication control flexibly.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • SYMBOLS 1 Transmitting device 2, 2a receiving device, 3, 3a Communication line quality estimation device, 100 symbol generator, 101 transmitting high frequency processing unit, 102 transmitting antenna, 300 receiving antenna, 301 receiving high frequency processing unit, 302 correlation processing unit, 303 Determination unit, 304 subcarrier combining unit, 305 inter-symbol combining unit, 306 first power calculating unit, 307 second power calculating unit, 308 averaging processing unit, 309 power ratio calculating unit, 310 combining unit, 500 comparing unit , 501 differentiation processing unit, 502 cycle calculation unit, 503 fluctuation cycle estimation unit.

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Abstract

通信回線品質推定装置（３）は、第一の数の直交系列のうち第一の数より小さい第二の数の直交系列から選択された直交系列を用いて生成された信号を受信した受信信号に対して、第一の数の直交系列に対応した相関処理を行う相関処理部（３０２）と、相関処理部（３０２）の相関処理結果である相関値のうち、第二の数の直交系列に対応する相関値を合成する合成部（３１０）と、合成部（３１０）で合成された相関値を用いて第一の電力値を算出する第一の電力計算部（３０６）と、を備え、第一の電力値を通信回線品質推定結果とする。

Description

通信回線品質推定装置、送信装置および通信回線品質推定方法
　本発明は、通信回線品質を推定する通信回線品質推定装置、送信装置および通信回線品質推定方法に関する。
　ディジタル無線通信装置は、送信電力制御および適応変調といった送信モードの制御、受信機における復調処理などに使用するため、一般的に信号電力対雑音電力比（以下、ＳＮＲ（Signal　to　Noise　power　Ratio）とする）などの通信回線品質を測定している。
　ディジタル無線通信装置に用いられる変調方式に、送信情報ビットを直交系列に割り当てて伝送を行う直交変調方式がある。直交変調方式は、使用する直交系列の次元が大きい場合に白色ガウス雑音伝送路のビット誤り率を低く抑えることができ、高い電力効率が求められる通信システムで特に有用な方式である。直交変調方式は、変調に用いる系列の組み合わせとして、互いに直交していれば任意のものを用いることができる。例えば、送信情報ビットに応じて、異なる周波数を有する正弦波の組から一つを選んで送信する直交ＦＳＫ（Frequency　Shift　Keying）も直交変調方式の一種とみなすことができる。直交ＦＳＫは、正弦波が定包絡線信号であることから、送信信号のＰＡＰＲ（Peak　to　Average　Power　Ratio）が小さくなり、送信機の送信アンプを効率よく使用できるといった利点も併せ持つ。
　従来の直交変調方式を用いたディジタル無線通信装置の通信回線品質推定技術として、特許文献１には、直交変調技術の一つであるＭ－ａｒｙ通信において既知信号を送信し、受信した既知信号に対して相関器を適用して通信回線品質を推定する技術が開示されている。特許文献１では、送信装置が既知信号を送信しているため、受信装置は、既知信号パターンに該当する相関器出力を通信波成分とみなし、その他の相関器出力を雑音成分のみとみなすことができる。
特開２００８－１４１５４５号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、送信装置は既知信号を送信する必要があるため、通信効率が低下する、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直交系列を用いた情報伝送において通信効率を低下させることなく通信回線品質を推定可能な通信回線品質推定装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の通信回線品質推定装置は、第一の数の直交系列のうち第一の数より小さい第二の数の直交系列から選択された直交系列を用いて生成された信号を受信した受信信号に対して、第一の数の直交系列に対応した相関処理を行う相関処理部を備える。また、通信回線品質推定装置は、相関処理部の相関処理結果である相関値のうち、第二の数の直交系列に対応する相関値を合成する合成部を備える。また、通信回線品質推定装置は、合成部で合成された相関値を用いて第一の電力値を算出する第一の電力計算部を備える。通信回線品質推定装置は、第一の電力値を通信回線品質推定結果とすることを特徴とする。
　本発明にかかる通信回線品質推定装置は、直交系列を用いた情報伝送において通信効率を低下させることなく通信回線品質を推定できる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる送信装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる送信装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１にかかる送信装置のシンボル生成部が４ＦＳＫを用いて情報伝送を行う場合に定義されるサブキャリアの例を示す図 実施の形態１にかかる受信装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる受信装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１にかかる通信回線品質推定装置の処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１にかかる通信回線品質推定装置の処置回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態１にかかる送信装置のシンボル生成部が４ＦＳＫを用いて情報伝送を行う場合に定義されるサブキャリアの他の例を示す図 実施の形態２にかかる受信装置の構成例を示すブロック図 実施の形態２にかかる受信装置の動作を示すフローチャート 実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置の比較部において離散化する対象のＳＮＲのイメージを例示する図 実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置の比較部における処理結果である離散化したＳＮＲの第一の例を示す図 実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置の比較部における処理結果である離散化したＳＮＲの第二の例を示す図 実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置の比較部における処理結果である離散化したＳＮＲの第三の例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる通信回線品質推定装置、送信装置および通信回線品質推定方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　まず、通信回線品質推定装置を備える受信装置に対して、高周波無線信号を送信する送信装置の構成および動作について説明する。図１は、実施の形態１にかかる送信装置１の構成例を示すブロック図である。送信装置１は、シンボル生成部１００と、送信高周波処理部１０１と、送信アンテナ１０２と、を備える。なお、送信高周波処理部１０１および送信アンテナ１０２をあわせて送信部とする。また、図２は、実施の形態１にかかる送信装置１の動作を示すフローチャートである。
　シンボル生成部１００は、送信すべき情報ビット系列が入力されると、情報ビット系列と１対１に対応付けられた直交系列を選択し、直交変調シンボルとして出力する処理を行う。本実施の形態では、以下、直交したサブキャリアを用いて情報伝送を行う直交ＦＳＫに基づいて構成した直交変調方式を用いるものとして説明する。この場合、シンボル生成部１００は、情報ビット系列に応じて、異なる周波数を持つ直交したサブキャリアを選択し、選択したサブキャリアに対応する正弦波を直交変調シンボル、すなわち送信シンボルとして出力する。なお、送信シンボルを単に信号と称する場合がある。
　ここで、シンボル生成部１００は、情報伝送に必要なサブキャリア数より多くのサブキャリアを定義する。図３は、実施の形態１にかかる送信装置１のシンボル生成部１００が４ＦＳＫを用いて情報伝送を行う場合に定義されるサブキャリアの例を示す図である。図３において、サブキャリア２００～２０３は、シンボル生成部１００で情報伝送の際に選択対象となる４ＦＳＫのサブキャリアであり、サブキャリア２０４～２０７は、シンボル生成部１００で情報伝送の際に選択対象とならないサブキャリアである。４ＦＳＫでは１シンボルで２ビットの伝送を行えるので、例えば、サブキャリア２００をビット「００」に、サブキャリア２０１をビット「０１」に、サブキャリア２０２をビット「１０」に、サブキャリア２０３をビット「１１」に割り当てることとする。
　シンボル生成部１００は、情報ビット系列に応じて該当するサブキャリアを選択し、送信シンボルを生成する（ステップＳ１）。シンボル生成部１００は、生成した送信シンボルを送信高周波処理部１０１に受け渡す。このように、シンボル生成部１００は、直交したサブキャリアを８本定義し、そのうちの４本のみの直交したサブキャリアを用いて信号を伝送する。ここで、情報伝送に必要なサブキャリア数より多く定義したサブキャリアの数を第一の数とし、情報伝送に必要なサブキャリア数を第二の数とする。前述の例では、第一の数は「８」となり、第二の数は「４」となる。なお、第一の数＞第二の数である。
　送信高周波処理部１０１は、シンボル生成部１００から受け渡された送信シンボルに対して、ＤＡ（Digital　to　Analog）変換、アップコンバートなど、送信アンテナ１０２から高周波無線信号として送信するために必要な高周波処理を実施する。送信高周波処理部１０１は、送信シンボルから高周波無線信号を生成し、送信アンテナ１０２を介して高周波無線信号を送信する（ステップＳ２）。
　つぎに、通信回線品質推定装置３を備える受信装置２の構成および動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる受信装置２の構成例を示すブロック図である。受信装置２は、受信アンテナ３００と、受信高周波処理部３０１と、相関処理部３０２と、判定部３０３と、サブキャリア合成部３０４と、シンボル間合成部３０５と、第一の電力計算部３０６と、第二の電力計算部３０７と、平均化処理部３０８と、電力比計算部３０９と、を備える。受信装置２の構成のうち、相関処理部３０２、サブキャリア合成部３０４、シンボル間合成部３０５、第一の電力計算部３０６、第二の電力計算部３０７、平均化処理部３０８、および電力比計算部３０９が、通信回線品質推定装置３を構成している。通信回線品質推定装置３のうち、サブキャリア合成部３０４およびシンボル間合成部３０５が、合成部３１０を構成している。また、図５は、実施の形態１にかかる受信装置２の動作を示すフローチャートである。
　受信アンテナ３００で受信された高周波無線信号は、受信高周波処理部３０１へ受け渡される。受信高周波処理部３０１は、ダウンコンバート、アナログ帯域制限フィルタ処理、ＡＤ（Analog　to　Digital）変換処理などの処理を行い、複素ベースバンド受信信号を生成する（ステップＳ１１）。なお、図示していないが、受信高周波処理部３０１は、当業者に良く知られた周波数同期、タイミング同期などの受信信号同期処理、また、波形等化処理なども適宜実施してもよい。受信高周波処理部３０１は、生成した複素ベースバンド受信信号を相関処理部３０２に受け渡す。なお、複素ベースバンド受信信号を単に受信信号と称する場合がある。
　相関処理部３０２は、送信装置１のシンボル生成部１００で用いられる直交系列と同一の系列を保持しており、受け渡された複素ベースバンド受信信号に対して、保持している直交系列を用いて相関処理を行う（ステップＳ１２）。シンボル生成部１００が図３に例示した８本のサブキャリアに基づいて直交系列を選択している場合、相関処理部３０２は、８ポイントのＤＦＴ（Discrete　Fourier　Transform）を適用することで相関処理を実施可能である。相関処理部３０２は、相関処理を実施した結果、相関値として図３のサブキャリア２００～２０７に対応する８通りの複素サブキャリア信号を得ることができる。相関処理部３０２は、得られた相関値である複素サブキャリア信号を、判定部３０３、サブキャリア合成部３０４、および第二の電力計算部３０７に受け渡す。
　判定部３０３は、相関処理部３０２から受け渡された複素サブキャリア信号のうち、情報伝送に用いられる４ＦＳＫに対応するもののみを対象として送信信号の判定を行う（ステップＳ１３）。判定部３０３は、例えば、複素サブキャリア信号の電力値を比較して最大となる複素サブキャリア信号に対応するサブキャリアが送信されていると判定してもよいし、複素サブキャリア信号の実軸成分が大きいサブキャリアが送信されていると判定してもよいし、判定方法は限定されない。判定部３０３は、判定結果を、図示しない後段の構成に出力する。
　受信装置２では、後述するサブキャリア合成部３０４、シンボル間合成部３０５、第一の電力計算部３０６、第二の電力計算部３０７、および電力比計算部３０９の処理によって、通信回線品質の推定を行う。実施の形態１では、受信装置２は、電力比計算部３０９から、通信回線品質推定結果としてＳＮＲを出力する。
　サブキャリア合成部３０４は、第一の合成処理として、相関処理部３０２から受け渡される８通りの複素サブキャリア信号のうち、情報伝送に用いられる４ＦＳＫのサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号を選択し、足し合わせる（ステップＳ１４）。サブキャリア合成部３０４は、図３の例では、サブキャリア２００～２０３に対応する４通りの複素サブキャリア信号を足し合わせることになる。サブキャリア合成部３０４は、足し合わせた複素サブキャリア信号をシンボル間合成部３０５に受け渡す。
　シンボル間合成部３０５は、第二の合成処理として、サブキャリア合成部３０４から受け渡された、足し合わされた複素サブキャリア信号を、異なる複数の送信シンボル間で足し合わせる処理を行う（ステップＳ１５）。例えば、３シンボル分の加算を行うように構成されていると仮定し、ある時刻ｎにおいてサブキャリア合成部３０４から受け渡された、足し合わされた複素サブキャリア信号をｘ（ｎ）と表現する。シンボル間合成部３０５は、「ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）」という計算を行う。シンボル間合成部３０５は、処理結果すなわち合成した複素サブキャリア信号を第一の電力計算部３０６に受け渡す。通信回線品質推定装置３において、合成部３１０は、相関処理部３０２からの８通りの複素サブキャリア信号のうち、情報伝送に用いられる４ＦＳＫのサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号を合成する処理を行っている。
　第一の電力計算部３０６は、シンボル間合成部３０５から受け渡された、合成された複素サブキャリア信号の電力値を算出する。第一の電力計算部３０６は、例えば、ある時刻ｎにおいて受け渡された、合成された複素サブキャリア信号をｗ（ｎ）と表現すると、電力値を｜ｗ（ｎ）｜2として算出できる。第一の電力計算部３０６が算出した電力値を第一の電力値とする。第一の電力計算部３０６は、第一の電力値を算出すなわち生成し、電力比計算部３０９に受け渡す（ステップＳ１６）。
　第二の電力計算部３０７は、相関処理部３０２から受け渡された８通りの複素サブキャリア信号のうち、情報伝送に用いられる４ＦＳＫのサブキャリアではない、すなわち情報伝送に用いられないサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号を選択する。第二の電力計算部３０７は、図３の例では、サブキャリア２０４～２０７に対応する４通りの複素サブキャリア信号を選択することになる。第二の電力計算部３０７は、選択した複素サブキャリア信号について、複素サブキャリア信号毎に電力値を算出し、更に算出した電力値を加算する（ステップＳ１７）。加算後の電力値を第二の電力値とする。例えば、図３のサブキャリア２０４～２０７に対応する複素サブキャリア信号をそれぞれｙ（１），ｙ（３），ｙ（５），ｙ（７）と表現する。第二の電力計算部３０７は、「｜ｙ（１）｜2＋｜ｙ（３）｜2＋｜ｙ（５）｜2＋｜ｙ（７）｜2」という計算を行うことになる。第二の電力計算部３０７は、第二の電力値を平均化処理部３０８に受け渡す。
　平均化処理部３０８は、第二の電力計算部３０７から受け渡された第二の電力値を送信シンボル間で平均化する処理を行う（ステップＳ１８）。例えば、平均化処理部３０８は、３シンボル分の単純平均を行うように構成されていると仮定する。ある時刻ｎにおいて第二の電力計算部３０７から受け渡された第二の電力値をz（ｎ）と表現する。平均化処理部３０８は、「（ｚ（ｎ）＋z（ｎ－１）＋ｚ（ｎ－２））／３」という計算を行う。平均化処理部３０８は、第二の電力値を平均化し、平均化後の第二の電力値を電力比計算部３０９に受け渡す。平均化方法は任意の手法を適用可能であり、特に限定されない。
　電力比計算部３０９は、第一の電力計算部３０６から受け渡された第一の電力値と、平均化処理部３０８から受け渡された平均化後の第二の電力値との比を計算する。前述のように、第一の電力値は、情報伝送に用いられる４ＦＳＫのサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号に基づいて算出されており、通信波の信号電力の推定結果となる。また、平均化後の第二の電力値は、情報伝送に用いられる４ＦＳＫのサブキャリアではない、すなわち情報伝送に用いられないサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号に基づいて算出されており、雑音電力の推定結果となる。電力比計算部３０９は、第一の電力値を平均化後の第二の電力値で割ることで、通信回線品質推定結果としてＳＮＲを算出する（ステップＳ１９）。電力比計算部３０９は、算出したＳＮＲを出力する。
　つづいて、受信装置２のハードウェア構成について説明する。受信装置２において、受信アンテナ３００はアンテナ素子である。受信高周波処理部３０１は受信機能を有するインターフェース回路である。相関処理部３０２、判定部３０３、サブキャリア合成部３０４、シンボル間合成部３０５、第一の電力計算部３０６、第二の電力計算部３０７、平均化処理部３０８、および電力比計算部３０９、すなわち通信回線品質推定装置３は処理回路により実現される。すなわち、通信回線品質推定装置３は、通信回線品質を推定するための処理回路を備える。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。なお、処理回路については、通信回線品質推定装置３を実現する処理回路および判定部３０３を実現する処理回路のように複数で構成してもよいし、前述のように判定部３０３および通信回線品質推定装置３をまとめて実現する１つの処理回路で構成してもよい。
　図６は、実施の形態１にかかる通信回線品質推定装置３の処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、通信回線品質推定装置３の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、通信回線品質推定装置３において、処理回路は、通信回線品質を推定することが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、通信回線品質推定装置３の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
　ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　EPROM）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図７は、実施の形態１にかかる通信回線品質推定装置３の処置回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図７に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。通信回線品質推定装置３の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。
　なお、通信回線品質推定装置３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　通信回線品質推定装置３のハードウェア構成について説明したが、送信装置１のハードウェア構成も同様である。送信装置１において、送信アンテナ１０２はアンテナ素子である。送信高周波処理部１０１は送信機能を有するインターフェース回路である。シンボル生成部１００は処理回路により実現される。送信装置１の処理回路は、通信回線品質推定装置３と同様、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、受信装置２において、通信回線品質推定装置３は、ＦＳＫのサブキャリアに対応する複素サブキャリア信号を合成して電力値を算出することで通信波の信号電力を算出する。送信装置１のシンボル生成部１００で選択されたサブキャリアに対応する相関処理部３０２からの出力である複素サブキャリア信号には、理想的には選択されているサブキャリアによらず複素平面上で実軸のみに信号成分が存在する。一方で、送信装置１のシンボル生成部１００で選択されていないサブキャリアに対応する相関処理部３０２からの出力である複素サブキャリア信号には、ランダムな雑音成分のみが存在する。通信回線品質推定装置３は、同一シンボル内のサブキャリア間で複素サブキャリア信号を合成し、更に異なるシンボル間で合成する。これにより、通信波の信号成分は残留し、雑音成分は平均化されて小さくなることが期待でき、受信装置２は、データシンボルを用いて通信波の信号電力を推定可能となる。通信回線品質推定装置３は、直交系列を用いて情報伝送を行う場合に、既知信号を送信することなく、すなわち通信効率を低下させることなく、通信回線品質を推定できる。
　また、本実施の形態では、直交ＦＳＫを用いる送信装置１において、情報伝送に用いるサブキャリア数を超えるサブキャリアを定義する。また、通信回線品質推定装置３において、情報伝送に用いるＦＳＫのサブキャリアに対応しない複素サブキャリア信号の電力値から雑音電力を算出するように構成した。これにより、通信回線品質推定装置３は、直交変調方式の信号を復調する処理で備わっている相関器の出力をそのまま用いることで、簡易にデータシンボルにおける雑音電力を推定可能となる。
　なお、本実施の形態では、直交変調方式の一例として直交ＦＳＫを用いて説明したがこれに限定されず、任意の直交系列を用いた変調方式を採用可能である。例えば、直交系列としてアダマール系列を用いることも可能である。
　また、本実施の形態では、第一の電力値を算出する際、サブキャリア合成部３０４およびシンボル間合成部３０５で複素サブキャリア信号を加算しているが、これに限定されず、平均化処理としてもよい。例えば、シンボル間合成部３０５は、３シンボル分の加算を行った結果を３で割るような平均化処理を適宜用いてもよい。
　また、本実施の形態では、送信装置１のシンボル生成部１００で選択対象の直交サブキャリアを図３に例示したように選択対象にならない直交サブキャリアと交互に配置されるように構成したが、これに限定されず任意の配置を定義してもよい。図８は、実施の形態１にかかる送信装置１のシンボル生成部１００が４ＦＳＫを用いて情報伝送を行う場合に定義されるサブキャリアの他の例を示す図である。図８において、サブキャリア４００～４０３は、シンボル生成部１００で情報伝送の際に選択対象となる４ＦＳＫのサブキャリアであり、サブキャリア４０４～４０７は、シンボル生成部１００で情報伝送の際に選択対象とならないサブキャリアである。更に、直交系列の数も任意の値にしてもよい。シンボル生成部１００は、例えば、４ＦＳＫを用いて信号伝送する際に、サブキャリア数を１６本としてもよい。また、シンボル生成部１００で選択対象の直交系列の組み合わせを、あらかじめ定められた規則に従ってシンボル毎に変更するように構成してもよい。この場合、受信装置２のサブキャリア合成部３０４および第二の電力計算部３０７は、あらかじめ定められた規則に従って使用する複素サブキャリア信号を変更する。このように構成することで、例えば、周波数選択性フェージングなどによって特定のサブキャリアの電力が落ち込んでしまうような状況においても、受信装置２は、通信波の電力値を精度よく推定することが可能となる。
　また、本実施の形態では、通信回線品質の推定結果としてＳＮＲを出力するように構成したが、これに限定されない。通信回線品質推定装置３は、例えば、通信波の信号電力成分の推定結果に相当する第一の電力計算部３０６の出力、すなわち第一の電力値を通信回線品質推定結果としてもよい。
　また、本実施の形態では、平均化処理部３０８が第二の電力計算部３０７から受け渡された第二の電力値を送信シンボル間で平均化する処理を行っていたが、平均化処理部３０８の処理を省略してもよい。電力比計算部３０９は、第一の電力計算部３０６から受け渡された第一の電力値を、平均化処理部３０８から受け渡された平均化後の第二の電力値で割る計算を行っているが、平均化処理部３０８での平均化処理が省略されていても、計算結果としてのＳＮＲの大きさが異なるのみである。継続的に平均化処理部３０８の処理を省略しているのであれば、通信回線品質推定装置３では、電力比計算部３０９で計算された最新のＳＮＲと、電力比計算部３０９で過去に計算されたＳＮＲ、または電力比計算部３０９で今後計算されるＳＮＲとの比較において問題とはならない。平均化処理部３０８の処理を省略する場合、電力比計算部３０９は、ステップＳ１９において、第一の電力値を第二の電力値で割ることで、通信回線品質推定結果としてＳＮＲを算出する。
実施の形態２．
　実施の形態２では、通信回線品質の変動周期を推定する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
　実施の形態２において、送信装置１の構成および動作は実施の形態１と同様である。図９は、実施の形態２にかかる受信装置２ａの構成例を示すブロック図である。受信装置２ａは、実施の形態１の受信装置２の構成に、比較部５００、微分処理部５０１、および周期算出部５０２を追加したものである。同様に、通信回線品質推定装置３ａは、実施の形態１の通信回線品質推定装置３の構成に、比較部５００、微分処理部５０１、および周期算出部５０２を追加したものである。通信回線品質推定装置３ａのうち、比較部５００、微分処理部５０１、および周期算出部５０２が、通信回線品質推定結果の時間変動を検出し、通信回線品質の変動周期を推定する変動周期推定部５０３を構成している。また、図１０は、実施の形態２にかかる受信装置２ａの動作を示すフローチャートである。図１０において、ステップＳ１１からステップＳ１９の処理は、図５に示したステップＳ１１からステップＳ１９の処理と同様である。受信装置２ａにおいて、電力比計算部３０９は、実施の形態１で説明した処理を行うことで、算出したＳＮＲを比較部５００に受け渡す。
　比較部５００は、電力比計算部３０９から受け渡されたＳＮＲと、パラメータとして規定されたしきい値とを比較して、ＳＮＲを離散化する処理を行う（ステップＳ２０）。図１１は、実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置３ａの比較部５００において離散化する対象のＳＮＲのイメージを例示する図である。図１１において、縦軸６００はＳＮＲを示す軸であり、横軸６０１は時間を示す軸である。また、図１１において、ＳＮＲ６０２は電力比計算部３０９から受け渡されたＳＮＲを示し、しきい値６０３はパラメータ設定されたしきい値を示す。ここで、離散化したＳＮＲとして、しきい値６０３以上のＳＮＲを表す値Ａ、およびしきい値６０３より小さいＳＮＲを表す値Ｂとする。比較部５００は、受け渡されたＳＮＲ６０２としきい値６０３とを比較し、しきい値６０３以上のＳＮＲに対して離散化したＳＮＲとして値Ａを割り当て、しきい値６０３より小さいＳＮＲに対して離散化したＳＮＲとして値Ｂを割り当てる処理を行う。
　図１２は、実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置３ａの比較部５００における処理結果である離散化したＳＮＲの第一の例を示す図である。図１２において、ＳＮＲ７００は離散化したＳＮＲを示す。図１２の例によると、離散化したＳＮＲは、時刻Ｔ１を境に値Ａから値Ｂに切り替わり、時刻Ｔ２を境に値Ｂから値Ａへ変化している。同様に、離散化したＳＮＲは、時刻Ｔ３を境に値Ａから値Ｂに切り替わり、時刻Ｔ４を境に値Ｂから値Ａへ変化している。すなわち、比較部５００は、ＳＮＲ６０２を離散化したＳＮＲに変換する。比較部５００は、離散化したＳＮＲを微分処理部５０１に受け渡す。
　微分処理部５０１は、受け渡された入力信号である離散化したＳＮＲに対して微分を行い、微分値の符号から離散化したＳＮＲの変動、すなわち通信回線品質の変動を検出する（ステップＳ２１）。図１２を用いて具体的に説明すると、離散化したＳＮＲが一定値の区間では微分値＝０となり、離散化したＳＮＲが値Ａから値Ｂへ変化する時刻Ｔ１および時刻Ｔ３のタイミングでは微分値の符号は負となり、離散化したＳＮＲが値Ｂから値Ａへ変化する時刻Ｔ２および時刻Ｔ４のタイミングでは微分値の符号は正となる。微分処理部５０１は、算出した微分値を周期算出部５０２に受け渡す。
　周期算出部５０２は、受け渡された微分値、すなわちＳＮＲの変動に基づいて、通信回線品質の変動周期を推定する（ステップＳ２２）。具体的に、周期算出部５０２は、微分値から通信回線品質が良い区間と悪い区間とを推定する。ここで、通信回線品質の良し悪しは離散化したＳＮＲに対して事前に定義しておくことができる。図１２の例では、離散化したＳＮＲは値Ａと値Ｂの２通りで値Ａ＞値Ｂであるので、離散化したＳＮＲ＝値Ａの区間は通信回線品質が良いと定義でき、離散化したＳＮＲ＝値Ｂの区間は通信回線品質が悪いと定義できる。周期算出部５０２は、例えば、微分値の符号が負となるタイミング間隔と、微分値の符号が正となるタイミング間隔との平均値を算出し、通信回線品質の変動周期として出力する。周期算出部５０２は、図１２の例では、時刻Ｔ３と時刻Ｔ１との間隔と、時刻Ｔ４と時刻Ｔ２との間隔との平均値を算出し、通信回線品質の変動周期とする。また、周期算出部５０２は、微分値の符号が負となるタイミングを通信回線品質の変動周期の起点として出力する。周期算出部５０２は、図１２の例では、時刻Ｔ１および時刻Ｔ３を変動周期の起点として出力する。
　受信装置２ａは、通信回線品質推定装置３ａ、すなわち周期算出部５０２から出力された通信回線品質の変動周期およびその起点の情報を用いて、例えば、適応変調制御などの通信制御を行うための指針に使用することが可能となる。
　なお、受信装置２ａのハードウェア構成については、実施の形態１の受信装置２と同様のハードウェア構成により実現可能である。受信装置２ａでは、相関処理部３０２、判定部３０３、サブキャリア合成部３０４、シンボル間合成部３０５、第一の電力計算部３０６、第二の電力計算部３０７、平均化処理部３０８、電力比計算部３０９、比較部５００、微分処理部５０１、および周期算出部５０２、すなわち通信回線品質推定装置３ａが処理回路により実現される。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、受信装置２ａにおいて、通信回線品質推定装置３ａでは、比較部５００が、電力比計算部３０９から受け渡されたＳＮＲに対してしきい値判定結果に基づいてＳＮＲを離散化し、微分処理部５０１が、離散化したＳＮＲの微分値を算出し、周期算出部５０２が、微分値から通信回線品質の変動周期を推定することとした。一般に、シンボル単位で推定した通信回線品質推定結果には誤差が含まれており、通信回線品質が変動するような環境に対して精度よく追従することは難しい。通信回線品質推定装置３ａは、本実施の形態の構成を用いることで、例えば、通信回線品質が周期性を持って変動するような環境における通信回線品質推定精度を向上し、適応変調制御などを用いた効率的な通信を実現することができる。
　なお、本実施の形態では、周期算出部５０２は、通信回線品質の変動周期を算出する際、微分値の符号が負となるタイミング間隔と、微分値の符号が正となるタイミング間隔との平均値を求めていたがこれに限定されない。周期算出部５０２は、例えば、微分値の符号が負となるタイミングだけを用いて算出してもよいし、微分値の符号が正となるタイミングだけを用いて算出してもよい。また、周期算出部５０２は、微分値の符号が正および負になるタイミングを複数回観測し、微分値の符号が負となる複数のタイミング間隔および微分値の符号が正となる複数のタイミング間隔の平均値を用いて算出してもよい。また、周期算出部５０２は、変動周期の起点を微分値の符号が正となるタイミングに基づいて算出してもよい。
　また、本実施の形態では、周期算出部５０２は、微分処理部５０１から受け渡された微分値の符号が正または負になると通信回線品質の変動周期を算出していたが、例えば、過去に算出された通信回線品質の変動周期と一致しないタイミングで出現した微分値の符号については通信回線品質の周期変動算出から除外してもよい。図１３は、実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置３ａの比較部５００における処理結果である離散化したＳＮＲの第二の例を示す図である。図１３において、ＳＮＲ８００は離散化したＳＮＲを示す。図１３では、時刻Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１，Ｔ１３のタイミングで微分値の符号が負になり、時刻Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２のタイミングで微分値の符号が正となる。また、図１３では、微分値の符号が負になる間隔は時刻Ｔ５から時刻Ｔ１１までの間で一定であり、微分値の符号が正になる間隔は時刻Ｔ６から時刻Ｔ１２までの間で一定である。一方、図１３では、時刻Ｔ１３と時刻Ｔ１１との間隔を見ると、時刻Ｔ１２までに観測されている周期より短い間隔で微分値の符号が負となっている。このような場合、周期算出部５０２は、時刻Ｔ１３の微分値の符号は推定誤差とみなして無視する。これにより、周期算出部５０２は、瞬時の通信回線品質推定精度に誤差がある場合でも、通信回線品質の変動周期および変動周期の起点を正確に算出できる。周期算出部５０２は、過去に算出した通信回線品質の変動周期と一致しているか否かの判定について、微小な誤差があるだけで不一致と判定してもよいし、あらかじめ定められた許容誤差値以上の誤差がある場合に不一致と判定してもよい。更に、周期算出部５０２は、過去に算出した通信回線品質の変動周期と一致しないと判定した回数が規定された回数になった場合、過去に算出した通信回線品質の変動周期をリセットし、新たに通信回線品質の変動周期を算出し直すようにしてもよい。
　また、本実施の形態では、周期算出部５０２は、過去の通信回線品質の変動周期の算出方法として、同一の通信回線品質の変動周期が複数回観測された時点で通信回線品質の変動周期を確定してもよい。周期算出部５０２は、算出した通信回線品質の変動周期が同一であるか否かの判定について、例えば、算出した変動周期があらかじめ定めた許容誤差以内である場合に同一であるとみなしてもよい。
　また、本実施の形態では、比較部５００は、離散化したＳＮＲを算出する処理において、図１１などの例では一つのしきい値６０３のみを用いて判定していたが、二つ以上のしきい値を用いて離散化したＳＮＲを算出してもよい。図１４は、実施の形態２にかかる通信回線品質推定装置３ａの比較部５００における処理結果である離散化したＳＮＲの第三の例を示す図である。図１４において、ＳＮＲ９００は二つのしきい値を用いて離散化したＳＮＲを示し、第一のしきい値９０１および第二のしきい値９０２はパラメータ設定されたしきい値を示す。ここで、離散化したＳＮＲとして第一のしきい値９０１以上のＳＮＲを値Ａ、第一のしきい値９０１より小さく、且つ、第二のしきい値９０２以上のＳＮＲを値Ｂ、および第二のしきい値９０２より小さいＳＮＲを値Ｃとする。比較部５００は、電力比計算部３０９から受け渡されたＳＮＲと、第一のしきい値９０１および第二のしきい値９０２とを比較する。比較部５００は、第一のしきい値９０１以上のＳＮＲが受け渡された場合は離散化したＳＮＲとして値Ａを割り当て、第一のしきい値９０１より小さく、且つ、第二のしきい値９０２以上のＳＮＲが受け渡された場合は離散化したＳＮＲとして値Ｂを割り当て、その他の場合は離散化したＳＮＲとして値Ｃを割り当てる処理を行う。この場合、三つの値に離散化したＳＮＲを受け渡された微分処理部５０１は、微分値の符号に加えて、微分値の絶対値も算出することができる。微分処理部５０１は、例えば、図１４に示す時刻Ｔ１４の微分処理において、微分値はＢ－Ａ、微分値の符号は負、微分値の絶対値は｜Ｂ－Ａ｜となる。同様に、微分処理部５０１は、時刻Ｔ１５の微分処理において、微分値はＣ－Ｂ、微分値の符号は負、微分値の絶対値は｜Ｃ－Ｂ｜となる。同様に、微分処理部５０１は、時刻Ｔ１６の微分処理において、微分値はＡ－Ｃ、微分値の符号は正、微分値の絶対値は｜Ａ－Ｃ｜となる。微分値の絶対値が大きいほど、離散化したＳＮＲの変動量が大きいことを示す。周期算出部５０２は、このような微分値の符号および絶対値に基づいて、変動周期を算出することができる。これにより、受信装置２ａは、通信回線品質推定をより細かい精度で実施でき、通信制御を柔軟に行うことによる通信効率向上が期待できる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　送信装置、２，２ａ　受信装置、３，３ａ　通信回線品質推定装置、１００　シンボル生成部、１０１　送信高周波処理部、１０２　送信アンテナ、３００　受信アンテナ、３０１　受信高周波処理部、３０２　相関処理部、３０３　判定部、３０４　サブキャリア合成部、３０５　シンボル間合成部、３０６　第一の電力計算部、３０７　第二の電力計算部、３０８　平均化処理部、３０９　電力比計算部、３１０　合成部、５００　比較部、５０１　微分処理部、５０２　周期算出部、５０３　変動周期推定部。

Claims (7)

  1. 　第一の数の直交系列のうち第一の数より小さい第二の数の直交系列から選択された直交系列を用いて生成された信号を受信した受信信号に対して、前記第一の数の直交系列に対応した相関処理を行う相関処理部と、
    　前記相関処理部の相関処理結果である相関値のうち、前記第二の数の直交系列に対応する相関値を合成する合成部と、
    　前記合成部で合成された相関値を用いて第一の電力値を算出する第一の電力計算部と、
    　を備え、
    　前記第一の電力値を通信回線品質推定結果とすることを特徴とする通信回線品質推定装置。
  2. 　前記相関処理部の相関処理結果である相関値のうち、前記第一の数の直交系列のうち前記第二の数の直交系列以外の直交系列に対応する相関値を用いて第二の電力値を算出する第二の電力計算部と、
    　前記第一の電力値および前記第二の電力値に基づいて通信回線品質推定を行う電力比較部と、
    　を備え、
    　前記電力比較部で推定された結果を通信回線品質推定結果とすることを特徴とする請求項１に記載の通信回線品質推定装置。
  3. 　前記通信回線品質推定結果に基づいて、通信回線品質の変動周期を推定する変動周期推定部、
    　を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の通信回線品質推定装置。
  4. 　前記変動周期推定部は、
    　前記通信回線品質推定結果と規定されたしきい値とを比較し、前記通信回線品質推定結果を離散化した通信回線品質推定結果に変換する比較部と、
    　前記離散化した通信回線品質推定結果に基づいて通信回線品質の変動を検出する微分処理部と、
    　前記通信回線品質の変動に基づいて、前記通信回線品質の変動周期を推定する周期算出部と、
    　を備えることを特徴とする請求項３に記載の通信回線品質推定装置。
  5. 　第一の数の直交系列のうち第一の数より小さい第二の数の直交系列から選択した直交系列を用いて信号を生成するシンボル生成部と、
    　前記シンボル生成部で生成された前記信号を、請求項１から４のいずれか１つに記載の通信回線品質推定装置を備える受信装置に送信する送信部と、
    　を備えることを特徴とする送信装置。
  6. 　相関処理部が、第一の数の直交系列のうち第一の数より小さい第二の数の直交系列から選択された直交系列を用いて生成された信号を受信した受信信号に対して、前記第一の数の直交系列に対応した相関処理を行う相関処理ステップと、
    　合成部が、前記相関処理ステップでの相関処理結果である相関値のうち、前記第二の数の直交系列に対応する相関値を合成する合成ステップと、
    　第一の電力計算部が、前記合成ステップで合成された相関値を用いて第一の電力値を算出する第一の電力計算ステップと、
    　を含み、
    　前記第一の電力値を通信回線品質推定結果とすることを特徴とする通信回線品質推定方法。
  7. 　さらに、
    　第二の電力計算部が、前記相関処理ステップでの相関処理結果である相関値のうち、前記第一の数の直交系列のうち前記第二の数の直交系列以外の直交系列に対応する相関値を用いて第二の電力値を算出する第二の電力計算ステップと、
    　電力比較部が、前記第一の電力値および前記第二の電力値に基づいて通信回線品質推定を行う電力比較ステップと、
    　を含み、
    　前記電力比較ステップで推定された結果を通信回線品質推定結果とすることを特徴とする請求項６に記載の通信回線品質推定方法。
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