WO2023032159A1 - 無線通信システム、無線通信方法、および無線通信用送信装置 - Google Patents

無線通信システム、無線通信方法、および無線通信用送信装置 Download PDF

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隼人 福園
利文 宮城
圭太 栗山
正文 吉岡
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日本電信電話株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
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    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits

Definitions

  • This disclosure relates to a wireless communication system, a wireless communication method, and a wireless communication transmitting device, and more particularly to a wireless communication system, a wireless communication method, and a wireless communication transmitting device using a quadrature amplitude modulation scheme.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technology related to a wireless communication system using a quadrature amplitude modulation (QAM) system.
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • a transmission signal amplifier generally exhibits linear input/output characteristics in a region where the input power is small, but exhibits nonlinear characteristics in a region where the power is large. Therefore, in wireless communication, the higher the transmission power, the more likely the transmission signal is distorted.
  • transmission signals emitted from a transmission device form a constellation that is regularly arranged in a grid pattern if there is no distortion.
  • the receiver then identifies the received signal as forming such a regular constellation.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for keeping the transmission power within the linear region of the amplifier in order to avoid the influence of such distortion. If the transmission signal is within the linear region of the amplifier, no distortion is superimposed on the transmission signal. Therefore, according to the technique described in Non-Patent Document 1, it is possible to cause the receiving apparatus to always correctly process the signal, and to effectively prevent misidentification of data.
  • Non-Patent Document 1 solves the problem of distortion by abandoning the use of the nonlinear region of the amplifier. In other words, with this technique, the amplifier cannot fully demonstrate its inherent ability, and a situation arises that goes against the essential demand of using large power without excessive capital investment.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and provides a wireless communication system that can effectively prevent misidentification of data while utilizing the nonlinear region of the amplifier in wireless communication using the QAM method. is the first objective.
  • a second object of the present disclosure is to provide a wireless communication method for effectively preventing misidentification of data while utilizing the nonlinear region of an amplifier in wireless communication using the QAM system.
  • a third object of the present disclosure is to provide a wireless communication transmitter capable of effectively preventing misidentification of data while utilizing the nonlinear region of an amplifier in wireless communication using the QAM system.
  • a first aspect is a wireless communication system including a transmitting device and a receiving device that perform wireless communication using a quadrature amplitude modulation method
  • the transmitting device a transmission signal amplifier with variable transmission power; a transmission power control unit that controls transmission power used by the transmission signal amplifier; pattern information of an approximate constellation obtained by approximately arranging each of the signal points included in the normal constellation of the quadrature amplitude modulation on any of a predetermined number of concentric circles, based on the transmission power; an approximate pattern information notification unit to be generated; an information bit generator that generates information bits so that the pattern information is transmitted prior to the data signal;
  • the receiving device includes a likelihood calculation unit that calculates the likelihood of reception points indicated by the data signal using an approximate constellation corresponding to the pattern information.
  • a second aspect is a wireless communication method using a transmitting device and a receiving device that perform wireless communication using a quadrature amplitude modulation method
  • the transmission device comprises a transmission signal amplifier with variable transmission power, controlling the transmit power used by the transmit signal amplifier; pattern information of an approximate constellation obtained by approximately arranging each of the signal points included in the normal constellation of the quadrature amplitude modulation on any of a predetermined number of concentric circles, based on the transmission power; a generated approximate pattern information notification step; transmitting the pattern information to the receiving device prior to a data signal; a likelihood calculation step in which the receiving device calculates the likelihood of reception points indicated by the data signal using an approximate constellation corresponding to the pattern information; should be included.
  • a third aspect is a radio communication transmitting device that performs radio communication with a receiving device using a quadrature amplitude modulation method, a transmission signal amplifier with variable transmission power; a transmission power control unit that controls transmission power used by the transmission signal amplifier; pattern information of an approximate constellation obtained by approximately arranging each of the signal points included in the normal constellation of the quadrature amplitude modulation on any of a predetermined number of concentric circles, based on the transmission power; an approximate pattern information notification unit to be generated; an information bit generator for generating information bits such that the pattern information is transmitted prior to the data signal; It is desirable to have
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration of a radio communication system according to Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of a transmission device to be compared with the transmission device according to Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. 4 is a diagram showing input/output characteristics of an amplifier built into the transmission device
  • FIG. 4 is a diagram showing how distortion occurs in a constellation as transmission power increases.
  • 2 is a block diagram for explaining the configuration of a transmission device according to Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing a distorted constellation and an approximate constellation in comparison
  • 1 is a block diagram for explaining the configuration of a receiving device according to Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by an approximate pattern information notifying unit of the transmitting device in Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by a likelihood calculation unit of the receiving device in Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by a likelihood calculation unit of the receiving device in Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a radio communication system according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the wireless communication system of this embodiment includes a transmitter 10 and a receiver 12 .
  • the transmitting device 10 is configured by, for example, a mobile communication base station operated by a communication carrier, or a WiFi (registered trademark) access point.
  • the receiving device 12 is configured by a terminal station such as a smart phone or a tablet terminal.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the transmission device 14 to be compared with the transmission device 10 in this embodiment.
  • the transmission device 14 of the comparative example includes an information bit generator 16 .
  • the information bit generator 16 generates information bits to be transmitted to the receiver 12 .
  • the information bit generator 16 may have an error correction coding function or an interleaving function.
  • the information bits generated by the information bit generator 16 are provided to the data signal modulator 18 .
  • the data signal modulator 18 modulates the provided information bits into a data signal.
  • Quadrature amplitude modulation (QAM) is used as the modulation method.
  • the data signal generated by the data signal modulating section 18 is provided to the digital-to-analog converting section 20 .
  • the digital-to-analog converter 20 converts the digital-modulated data signal into an analog transmission signal.
  • the transmission signal generated by the digital-to-analog converter 20 is provided to the transmission signal amplifier 22 .
  • the transmission signal amplifier 22 amplifies the transmission signal and provides it to the antenna 24 . Then, the transmission signal is transmitted from the antenna 24 toward the receiving device 12 in the form of a radio signal.
  • FIG. 3 shows the input/output characteristics of the transmission signal amplifier 22.
  • the output power (vertical axis) of the transmission signal amplifier 22 is proportional to the input power in a region where the input power (horizontal axis) is smaller than PB . Then, in the region where the input power exceeds PB , the proportional relationship is lost.
  • a region in which the two are in a proportional relationship will be referred to as a "linear region”
  • a region in which the proportional relationship between the two will be lost will be referred to as a "nonlinear region”.
  • 64 symbols arranged in a lattice are defined by changing and adjusting the amplitudes of two mutually independent carriers.
  • a point on the constellation coordinates where each of these 64 symbols is defined is hereinafter referred to as a "signal point”.
  • a point on the constellation coordinates of each data signal that is actually transmitted is called a "receiving point”.
  • reception points form a distortion-free constellation as shown on the left side of FIG. 4 (transmission power P 1 ).
  • distortion is superimposed on the constellation at the reception point, as shown on the right side of FIG. 4 (transmission power P N ).
  • a constellation without distortion is hereinafter referred to as a “regular constellation”.
  • a constellation with distortion is called a "distorted constellation”.
  • the receiving device 12 calculates the likelihood of each reception point included in the transmission signal with respect to signal points existing in the vicinity, and based on the result, treats each reception point as one of 64 symbols. recognize.
  • the likelihood calculation can be performed, for example, by the method described in the following document.
  • the receiving device 12 When the receiving device 12 performs likelihood calculation using the signal points of the normal constellation, the receiving points generated in the linear domain are correctly recognized. However, the reception points generated in the nonlinear region are deviated from their normal positions. Therefore, receiving apparatus 12 that calculates likelihood using a normal constellation cannot correctly calculate likelihood for reception points generated in a nonlinear region. As a result, misidentification of data may occur in the receiving device 12 .
  • Input/output characteristics such as those shown in FIG.
  • the distortion superimposed on the constellation can be estimated as a function of the transmission power. Therefore, in the transmission device 14, when the transmission power used for communication is determined, it is possible to estimate the distortion constellation corresponding to the transmission power.
  • the receiver 12 uses the distortion constellation to Correct likelihood calculations can be performed. Moreover, according to such processing, it is also possible to fully utilize the amplification capability of the transmission signal amplifier 22 .
  • the radio communication system of the present embodiment replaces the distorted constellation with an approximated constellation with a smaller amount of information and provides it to the receiving device 12 .
  • the manner in which the system of the present invention uses approximate constellations is described in detail below.
  • FIG. 5 is a block diagram of the transmission device 10 of this embodiment.
  • the same elements as those of the transmitting device 14 of the comparative example are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
  • the transmission device 10 has a transmission power control section 26 in front of the transmission signal amplifier 22 .
  • the transmission power control section 26 controls transmission power used by the transmission signal amplifier 22 so as to obtain desired communication quality.
  • a control command from the transmission power control section 26 is provided to the transmission signal amplifier 22 and the approximate pattern information notification section 28 .
  • the approximate pattern information notification section 28 notifies the information bit generation section 30 to that effect. Also, when the transmission power belongs to the nonlinear region of the transmission signal amplifier 22, pattern information representing an approximate constellation of the distortion constellation corresponding to the transmission power is generated. This pattern information is provided to the information bit generator 30 .
  • the information bit generation unit 30 has the same function as the information bit generation unit 16 provided in the transmission device 14 of the comparative example, and also has a function of converting the information provided from the approximate pattern information notification unit 28 into bits. That is, it has a function of converting information indicating that the transmission power belongs to the linear region and pattern information of the approximate constellation into bits. This information is hereinafter referred to as "constellation information".
  • the constellation information is transmitted prior to the data signal. Therefore, before receiving the data signal, the receiving device 12 can receive the approximate constellation information corresponding to the transmission power of the data signal.
  • FIG. 6 shows a distorted constellation of 64QAM and its approximate constellation in comparison.
  • the 64 signal points tend to become more dense as they move away from the center. Those signal points can then be grouped as lying on any of several concentric circles. More specifically, when the modulation scheme is 64QAM, the signal points of the distorted constellation can be approximated as being on any of the four concentric circles, similar to the 64APSK (Amplitude Phase Shift Keying) constellation. .
  • the approximate constellation shown on the right side of FIG. 6 was obtained as a result of grouping the 64 signal points as if they were on any of the four concentric circles. To transmit all of the signal points contained in the distorted constellation, it is necessary to define the radius and phase, or X, Y coordinates, for all 64 signal points. On the other hand, as for the approximate constellation, it is possible to share radius information for a plurality of signal points on the same concentric circle. Therefore, the amount of information representing the approximate constellation is small compared to the amount of information representing the distorted constellation.
  • the approximate pattern information notification unit 28 when transmission power belonging to a nonlinear region is used, the approximate pattern information notification unit 28 first generates a distortion constellation as shown on the left side of FIG. 6 based on the transmission power. Next, an approximate constellation is generated by approximating the signal points included in the distorted constellation as belonging to one of four concentric circles. Then, the information of the approximate constellation is converted into bits by the information bit generator 30 and then transmitted to the receiving device 12 .
  • FIG. 7 is a block diagram for explaining the configuration of the receiving device 12.
  • the receiving device 12 has an antenna 32 for exchanging radio signals with the transmitting device 10 .
  • a signal received by the antenna 32 is provided to the received signal amplifier 34 .
  • the received signal amplifier 34 amplifies the received signal with an appropriate gain and provides it to the analog-to-digital converter 36 .
  • the analog-to-digital converter 36 is a block for demodulating the received signal in analog form into a digital signal.
  • the signal digitized by the analog-to-digital converter 36 is provided to the data signal equalizer 38 .
  • the data signal equalization unit 38 is a block that obtains an estimated value of the received signal by back-calculating the amplitude and phase information of the channel response.
  • a training signal is exchanged between the transmitting device 10 and the receiving device 12 prior to the data signal.
  • the content of the training signal is shared in advance between the transmitting device 10 and the receiving device 12 . Therefore, the receiving device 12 can detect the influence caused by the communication channel based on the actually received training signal.
  • the data signal equalization unit 38 reflects the result of the training on the data signal received by the receiving device 12, thereby generating a data signal that cancels out the influence caused by the communication channel.
  • the data signal generated by the data signal equalization section 38 is provided to the likelihood calculation section 40 .
  • the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of the reception points indicated by the data signal and some of the signal points on the constellation to be compared. Then, the signal point with the highest likelihood is recognized as the symbol intended by the current reception point.
  • the likelihood calculation section 40 when the transmission power belongs to the linear region, the normal constellation is used as the constellation to be compared. Also, when the transmission power belongs to the nonlinear region, an approximate constellation is used as the constellation to be compared.
  • the signal symbolized by the likelihood calculator 40 is provided to the information bit detector 42 .
  • the information bit detector 42 detects received bits from the symbolized signal.
  • the information bit detector 42 may have an error correction decoding function and an interleaving function as required.
  • FIG. 8 is a flow chart for explaining the flow of processing executed by the approximate pattern information notification unit 28 of the transmission device 10. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, in this routine, first, the transmission power set in the transmission power control section 26 is detected (step 100).
  • step 102 it is determined whether or not the transmission power belongs to the linear region of the transmission signal amplifier 22 (step 102).
  • the fact that the transmission signal belongs to the linear region is notified to the information bit generator 30 as constellation information under the linear region (step 104). This information is then sent to the receiving device 12 prior to the data signal.
  • an approximate constellation simulating the APSK constellation is generated (step 106). Specifically, first, based on the specifications of the transmission signal amplifier 22, a distortion constellation corresponding to transmission power is generated. Signal points in the distorted constellation are then approximated as lying on any of a predetermined number of concentric circles.
  • the signal points included in the approximate constellation are grouped on the same concentric circle. Then, as information common to the signal points belonging to each group, the radius of the concentric circles of each group is set. Further, the phase is set as information for each signal point (step 108).
  • the group information of signal points, the radius information of each group, and the phase information of each signal point are provided to the information bit generator 30 as constellation information under the nonlinear region (step 110). ). This information is then sent to the receiving device 12 prior to the data signal.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by the likelihood calculation unit 40 of the receiving device 12. As shown in FIG. As shown in FIG. 9, in this routine, constellation information is first detected from the received signal (step 120).
  • step 122 it is determined whether or not the detected constellation information is information under the linear region.
  • a normal constellation is set as the constellation to be compared with the reception points when calculating the likelihood (step 124).
  • the set constellation is used to perform likelihood calculation for the reception points (step 126). Under the condition that no distortion is superimposed on the reception point, the likelihood can be calculated correctly by using the normal constellation. Therefore, the receiving device 12 can correctly symbolize the reception points.
  • step 122 If the constellation information under the nonlinear region has been received, the determination in step 122 above is denied. In this case, an approximate constellation is generated based on the received constellation information. Then, the approximate constellation is set as the constellation used for likelihood calculation (step 128).
  • step 126 likelihood calculation is performed based on the approximate constellation instead of the normal constellation.
  • the approximate constellation reflects the distortion superimposed on the reception points. Therefore, even if distortion is superimposed on the receiving point, the receiving device 12 can perform correct likelihood calculation and appropriately symbolize the receiving point.
  • the receiving device 12 when the transmission power belongs to the linear region of the transmission signal amplifier 22, the receiving device 12 is caused to perform likelihood calculation using a normal constellation. As a result, correct transmission of data signals is achieved.
  • the transmission power belongs to the nonlinear region of the transmission signal amplifier 22
  • information on the approximate constellation can be provided to the receiving device 12.
  • the approximate constellation reflects the influence of distortion superimposed on the reception points. Therefore, correct transmission of the data signal is realized even though the distortion is superimposed on the receiving point.
  • the amount of information required to share the approximate constellation is less than the amount of information required to share the distorted constellation. Therefore, the amount of information that needs to be provided to the receiver 12 can be reduced compared to the case where the distorted constellation itself is provided to the receiver 12 . As a result, according to the present embodiment, it is possible to achieve appropriate data transmission while maintaining a high data rate while utilizing the amplification capability of the transmission signal amplifier 22 without waste.

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Abstract

この開示は、直交振幅変調方式を用いる無線通信システムに関し、増幅器の非線形領域を活用しつつ、データの誤認を有効に防ぐことを目的とする。送信装置は、送信電力が可変の送信信号増幅器と、送信電力を制御する送信電力制御部と、近似コンスタレーションのパターン情報を生成する近似パターン情報通知部とを備える。変調方式として６４QAMが用いられる場合、送信信号増幅器の非線形領域では、６４QAM歪みコンスタレーションが生成される。この場合、６４APSK近似コンスタレーションを生成し、そのパターン情報を受信装置に送信する。受信装置は、そのパターン情報に対応する近似コンスタレーションを用いて、データ信号が示す受信点について尤度計算を行う。

Description

無線通信システム、無線通信方法、および無線通信用送信装置
　この開示は、無線通信システム、無線通信方法、および無線通信用送信装置に係り、特に、直交振幅変調方式を用いる無線通信システム、無線通信方法、および無線通信用送信装置に関する。
　下記の非特許文献１には、直交振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）方式を用いる無線通信システムに関する技術が開示されている。無線通信では、送信電力を上げるほどSNR（Signal to Noise Ratio）を高めることができる。
　一方で、送信信号の増幅器は、入力電力が小さい領域では線形な入出力特性を示すが、その電力が大きい領域では、非線形な特性を示すのが一般的である。このため、無線通信においては、送信電力が上がるほど、送信信号に歪みが生じ易くなる。
　QAM方式を用いる無線通信システムでは、送信装置から発せられる送信信号は、歪みを伴わなければ、規則正しく格子状に並ぶコンスタレーションを形成する。そして、受信装置は、受信信号が、そのような規則正しいコンスタレーションを形成するものとして、その信号を識別する。
　このような前提の下で、送信信号に歪が生じてしまうと、現実に送信されてくる信号と、受信装置が想定しているコンスタレーションとの対応が崩れてしまう。その結果、受信装置においてデータが正しく識別できない事態が生じ得る。
　上記の非特許文献１は、このような歪みの影響を回避するために、送信電力を、増幅器の線形領域に収める技術を開示している。送信信号が増幅器の線形領域に収まっていれば、送信信号に歪みは重畳しない。このため、上記非特許文献１に記載の技術によれば、受信装置に常に正しく信号を処理させることができ、データの誤認を有効に防ぐことができる。
High-Speed Satellite Mobile Communications: Technologies and Challenges, MOHAMED IBNKAHLA, QUAZI MEHBUBAR RAHMAN, AHMED IYANDA SULYMAN, HISHAM ABDULHUSSEIN AL-ASADY, JUN YUAN, AND AHMED SAFWAT, p312-339, PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 92, NO. 2, 2004年2月
　しかしながら、非特許文献１の技術は、増幅器の非線形領域の活用を放棄することで歪みの問題を解決している。つまり、この技術では、増幅器に、本来の能力を十分に発揮させることができず、過剰な設備投資をすることなく大きな電力を用いたいという本質的な要求に反する事態が生ずる。
　本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、QAM方式を用いる無線通信において、増幅器の非線形領域を活用しつつ、データの誤認を有効に防ぐことのできる無線通信システムを提供することを第１の目的とする。
　また、本開示は、QAM方式を用いる無線通信において、増幅器の非線形領域を活用しつつ、データの誤認を有効に防ぐための無線通信方法を提供することを第２の目的とする。
　また、本開示は、QAM方式を用いる無線通信において、増幅器の非線形領域を活用しつつ、データの誤認を有効に防ぐことのできる無線通信用送信装置を提供することを第３の目的とする。
　第１の態様は、上記の目的を達成するため、直交振幅変調方式を用いて無線通信を行う送信装置と受信装置を含む無線通信システムであって、
　前記送信装置は、
　送信電力が可変の送信信号増幅器と、
　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御する送信電力制御部と、
　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知部と、
　前記パターン情報がデータ信号に先立って送信されるように情報ビットを生成する情報ビット生成部と、を備え、
　前記受信装置は、前記パターン情報に対応する近似コンスタレーションを用いて、前記データ信号が示す受信点について尤度計算を行う尤度算出部を備えることが望ましい。
　また、第２の態様は、直交振幅変調方式を用いて無線通信を行う送信装置と受信装置を用いる無線通信方法であって、
　前記送信装置は、送信電力が可変の送信信号増幅器を備え、
　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御するステップと、
　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知ステップと、
　前記パターン情報をデータ信号に先立って前記受信装置に向けて送信するステップと、
　前記受信装置が、前記パターン情報に対応する近似コンスタレーションを用いて、前記データ信号が示す受信点について尤度計算を行う尤度算出ステップと、
　を含むことが望ましい。
　また、第３の態様は、直交振幅変調方式を用いて受信装置と無線通信を行う無線通信用送信装置であって、
　送信電力が可変の送信信号増幅器と、
　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御する送信電力制御部と、
　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知部と、
　前記パターン情報がデータ信号に先立って送信されるように情報ビットを生成する情報ビット生成部と、
　を備えることが望ましい。
　第１乃至第３の態様によれば、送信装置が備える増幅器の非線形領域を活用しつつ、受信装置においてデータが誤認されてしまうのを、有効に防ぐことことができる。
本開示の実施の形態１の無線通信システムの全体構成を説明するための図である。 本開示の実施の形態１における送信装置と対比される比較対象の送信装置の構成を説明するための図である。 送信装置に内蔵される増幅器の入出力特性を示す図である。 送信電力の増大に伴ってコンスタレーションに歪みが生ずる様子を示す図である。 本開示の実施の形態１における送信装置の構成を説明するためのブロック図である。 歪みコンスタレーションと近似コンスタレーションを対比して表した図である。 本開示の実施の形態１における受信装置の構成を説明するためのブロック図である。 本開示の実施の形態１において送信装置の近似パターン情報通知部が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本開示の実施の形態１において受信装置の尤度算出部が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
実施の形態１．
［実施の形態１の全体構成］
　図１は、本開示の実施の形態１の無線通信システムの全体構成を示す。図１に示すように、本実施形態の無線通信システムは、送信装置１０と受信装置１２を備えている。送信装置１０は、例えば、通信事業者が運営する移動体通信の基地局、或いはWiFi（登録商標）のアクセスポイント等で構成される。また、受信装置１２は、スマートフォンやタブレット端末等の端末局で構成される。
［実施の形態１が着目する課題］
　図２は、本実施形態における送信装置１０と対比される比較対象の送信装置１４の構成を説明するためのブロック図である。比較例の送信装置１４は、情報ビット生成部１６を備えている。情報ビット生成部１６は、受信装置１２に伝送したい情報ビットを生成する。情報ビット生成部１６は、誤り訂正符号化機能、或いはインターリーブ機能を備えていてもよい。
　情報ビット生成部１６で生成された情報ビットは、データ信号変調部１８に提供される。データ信号変調部１８は、提供された情報ビットをデータ信号に変調する。変調方式としては、直交振幅変調 (QAM)が用いられる。
　データ信号変調部１８で生成されたデータ信号は、デジタルアナログ変換部２０に提供される。デジタルアナログ変換部２０は、デジタル変調されているデータ信号を、アナログの送信信号に変換する。
　デジタルアナログ変換部２０において生成された送信信号は、送信信号増幅器２２に提供される。送信信号増幅器２２は、送信信号を増幅してアンテナ２４に提供する。そして、送信信号は、アンテナ２４から受信装置１２に向けて、無線信号の形態で送信される。
　図３は、送信信号増幅器２２の入出力特性を示す。図３に示すように、送信信号増幅器２２の出力電力（縦軸）は、入力電力（横軸）がPBより小さい領域では、入力電力に比例する。そして、入力電力がPBを超える領域では、その比例関係が崩れる。以下、両者が比例関係となる領域を「線形領域」と称し、両者の比例関係が崩れる領域を「非線形領域」と称す。
　図４は、送信電力の増大に伴って、８×８＝６４QAMのコンスタレーションに歪みが生ずる様子を示す。６４QAMの変調方式では、互いに独立な二つの搬送波の振幅を変更、調整することにより、格子状に並ぶ六十四のシンボルが定義される。以下、それら六十四のシンボルの夫々が定義されているコンスタレーション座標上の点を「信号点」と称す。また、現実に送信されるデータ信号夫々のコンスタレーション座標上の点を「受信点」と称す。
　送信信号増幅器２２の線形領域では、図４の左側（送信電力P1）に示すように、受信点が歪みの無いコンスタレーションを形成する。一方、送信信号増幅器２２の非線形領域では、図４の右側（送信電力PN）に示すように、受信点のコンスタレーションに歪みが重畳する。以下、歪みのないコンスタレーションを「正規コンスタレーション」と称す。また、歪みを伴うコンスタレーションを「歪みコンスタレーション」と称す。
　受信装置１２は、送信信号に含まれる受信点の夫々について、近隣に存在する信号点との尤度計算を行い、その結果に基づいて、受信点の夫々を六十四のシンボルの何れかとして認識する。尚、尤度の計算は、例えば、下記文献に記載されているような手法で実行することができる。
　On the Optimality of Bit Detection of Certain Digital Modulations, Marvin K. Simon and Ramesh Annavajjala, p299-307, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 53, NO. 2, FEBRUARY 2005
　受信装置１２が、正規コンスタレーションの信号点を用いて尤度計算を行う場合、線形領域で生成された受信点は正しく認識される。しかしながら、非線形領域で生成された受信点は、正規の位置からずれている。このため、正規コンスタレーションを用いて尤度を計算する受信装置１２は、非線形領域で生成された受信点について尤度を正しく計算することができない。その結果、受信装置１２においてデータの誤認が生じ得る。
　比較例の送信装置１４において、送信電力を、送信信号増幅器２２の線形領域に制限すれば、受信点に歪が重畳するのを防ぐことができる。従って、このような制限をかければ、受信装置１２におけるデータの誤認を防ぐことができる。しかし、その場合、送信信号増幅器２２の増幅能力を十分に活用することができない。
　図３に示すような入出力特性は、送信装置１４において予め把握しておくことができる。そして、入出力特性を予め把握しておけば、コンスタレーションに重畳する歪みを送信電力の関数として推定することができる。このため、送信装置１４においては、通信に用いる送信電力が決まった段階で、その送信電力に対応する歪みコンスタレーションを推定することが可能である。
　送信信号増幅器２２の非線形領域が用いられる場合に、送信装置１４が、推定した歪みコンスタレーションの情報を受信装置１２に提供すれば、受信装置１２は、その歪みコンスタレーションを用いて、受信点について正しい尤度計算を行うことができる。また、このような処理によれば、送信信号増幅器２２の増幅能力を十分に活用することも可能となる。
　しかしながら、歪みコンスタレーションの情報提供には多大な通信量が伴う。例えば、６４QAMの場合には、六十四の信号点について振幅と位相を伝える必要がある。加えて、コンスタレーションの歪み量は送信電力に応じて変わるため、その情報提供は、送信電力が変わる毎に実施する必要がある。このため、歪みコンスタレーションの情報を受信装置１２に提供して非線形領域の活用を図ろうとした場合、通信におけるデータレートが大きく低下する事態が生ずる。
　本実施形態の無線通信システムは、このようなデータレートの低下を抑制するために、歪みコンスタレーションを、より情報量の少ない近似コンスタレーションに置き換えて、受信装置１２に提供する。以下、本実施形態のシステムが近似コンスタレーションを用いる手法を詳細に説明する。
［実施の形態１の特徴］
　図５は、本実施形態の送信装置１０のブロック図である。尚、図５において、比較例の送信装置１４が備える要素（図２参照）と同一の要素については、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。
　送信装置１０は、送信信号増幅器２２の前段に送信電力制御部２６を備えている。送信電力制御部２６は、所望の通信品質が得られるように、送信信号増幅器２２が用いる送信電力を制御する。送信電力制御部２６の制御指令は、送信信号増幅器２２に提供されると共に、近似パターン情報通知部２８に提供される。
　近似パターン情報通知部２８は、送信電力が、送信信号増幅器２２の線形領域に属している場合は、その旨を情報ビット生成部３０に提供する。また、送信電力が送信信号増幅器２２の非線形領域に属している場合は、その送信電力に対応する歪みコンスタレーションの近似コンスタレーションを表すパターン情報を生成する。このパターン情報は、情報ビット生成部３０に提供される。
　情報ビット生成部３０は、比較例の送信装置１４が備える情報ビット生成部１６と同じ機能に加えて、近似パターン情報通知部２８から提供された情報をビット化する機能を有している。つまり、送信電力が線形領域に属していることを示す情報、および近似コンスタレーションのパターン情報をビット化する機能を有している。以下、これらの情報を「コンスタレーション情報」と称す。
　コンスタレーション情報は、データ信号に先立って送信される。このため、受信装置１２は、データ信号を受信する前に、そのデータ信号の送信電力に対応する近似コンスタレーションの情報を受信することができる。
　図６は、６４QAMの歪みコンスタレーションと、その近似コンスタレーションを対比して示している。６４QAMの歪みコンスタレーションでは、六十四の信号点が、中央から離れるほど密集する傾向を示す。そして、それらの信号点は、幾つかの同心円の何れかに乗るものとしてグループ分けすることができる。より具体的には、変調方式が６４QAMである場合、歪みコンスタレーションの信号点は、６４APSK（Amplitude Phase Shift Keying）のコンスタレーションと同様に四つの同心円の何れかに乗るものとして近似することができる。
　図６の右側に示す近似コンスタレーションは、六十四の信号点を、四つの同心円の何れかに乗るものとしてグループ分けした結果得られたものである。歪みコンスタレーションに含まれる信号点の全てを伝達するためには、六十四の信号点の全てについて、半径と位相、或いはX, Y座標を定義する必要がある。これに対して、近似コンスタレーションについては、同じ同心円に乗る複数の信号点について、半径の情報を共用することができる。このため、歪みコンスタレーションを表す情報量に比して、近似コンスタレーションを表す情報量は少量となる。
　本実施形態において、近似パターン情報通知部２８は、非線形領域に属する送信電力が用いられる場合、先ず、その送信電力に基づいて、図６左側に示すような歪みコンスタレーションを生成する。次に、歪みコンスタレーションに含まれる信号点を四つの同心円の何れかに属するものとして近似して、近似コンスタレーションを生成する。そして、近似コンスタレーションの情報が、情報ビット生成部３０でビット化された後、受信装置１２に向けて送信される。
　図７は、受信装置１２の構成を説明するためのブロック図である。受信装置１２は、送信装置１０との間で無線信号を授受するためのアンテナ３２を備えている。アンテナ３２で受信された信号は受信信号増幅部３４に提供される。受信信号増幅部３４は、受信した信号を適切なゲインで増幅してアナログデジタル変換部３６に提供する。
　アナログデジタル変換部３６は、アナログ形式の受信信号をデジタル信号に復調するためのブロックである。アナログデジタル変換部３６でデジタル化された信号は、データ信号等化部３８に提供される。
　データ信号等化部３８は、通信路応答の振幅および位相の情報を逆算して受信信号の推定値を得るブロックである。送信装置１０と受信装置１２との間では、データ信号に先立ってトレーニング信号が授受される。トレーニング信号の内容は、送信装置１０と受信装置１２との間で予め共有されている。このため、受信装置１２は、現実に受信したトレーニング信号に基づいて、通信路に起因する影響を検知することができる。データ信号等化部３８は、具体的には、受信装置１２が受信したデータ信号に、そのトレーニングの結果を反映させることにより、通信路に起因する影響を相殺したデータ信号を生成する。データ信号等化部３８が生成したデータ信号は、尤度算出部４０に提供される。
　尤度算出部４０は、データ信号が示している受信点と、対比するべきコンスタレーション上の信号点の幾つかとについて尤度計算を行う。そして、最も高い尤度が得られた信号点を、今回の受信点が意図するシンボルとして認識する。尤度算出部４０では、送信電力が線形領域に属する場合は、対比するべきコンスタレーションとして正規コンスタレーションが用いられる。また、送信電力が非線形領域に属する場合は、対比するべきコンスタレーションとして近似コンスタレーションが用いられる。尤度算出部４０でシンボル化された信号は、情報ビット検出部４２に提供される。
　情報ビット検出部４２は、シンボル化された信号から受信ビットを検出する。情報ビット検出部４２は、必要に応じて、誤り訂正復号機能やインターリーブ機能を備えていてもよい。
［送信装置の特徴的処理］
　図８は、送信装置１０の近似パターン情報通知部２８が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図８に示すように、このルーチンでは、先ず、送信電力制御部２６において設定された送信電力が検知される（ステップ１００）。
　次に、その送信電力が、送信信号増幅器２２の線形領域に属するものであるか否かが判別される（ステップ１０２）。
　その結果、線形領域に属すると判別された場合は、送信信号に歪みは重畳しないと判断できる。この場合、送信信号が線形領域に属することが、線形領域下でのコンスタレーション情報として情報ビット生成部３０に通知される（ステップ１０４）。以後、この情報は、データ信号に先立って受信装置１２に向けて送信される。
　一方、上記ステップ１０２において、送信電力が線形領域に属しないと判別された場合は、APSKのコンスタレーションを模した近似コンスタレーションが生成される（ステップ１０６）。具体的には、先ず、送信信号増幅器２２の仕様に基づいて、送信電力に対応する歪みコンスタレーションが生成される。次に、歪みコンスタレーションに含まれる信号点が、既定数の同心円の何れかに乗るものとして近似される。
　次に、近似コンスタレーションに含まれる信号点が、同じ同心円に乗るもの同士にグループ分けされる。次いで、各グループに属する信号点に共通する情報として、夫々のグループの同心円の半径が設定される。更に、信号点夫々の情報として位相が設定される（ステップ１０８）。
　上記の処理が終わると、信号点のグループ情報、各グループの半径情報、および信号点夫々の位相情報が、非線形領域下でのコンスタレーション情報として、情報ビット生成部３０に提供される（ステップ１１０）。以後、この情報は、データ信号に先立って受信装置１２に向けて送信される。
［受信装置の特徴的処理］
　図９は、受信装置１２の尤度算出部４０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図９に示すように、このルーチンでは、先ず、受信信号からコンスタレーション情報が検知される（ステップ１２０）。
　次に、検知したコンスタレーション情報が、線形領域下での情報であるか否かが判別される（ステップ１２２）。
　その結果、コンスタレーション情報が線形領域下の情報であると判別された場合は、受信信号に歪みは重畳していないと判断できる。この場合、尤度計算に際して、受信点と対比するべきコンスタレーションとして、正規コンスタレーションが設定される（ステップ１２４）。
　以後、設定されたコンスタレーションを用いて、受信点に関する尤度計算が実行される（ステップ１２６）。受信点に歪が重畳していない状況下では、正規コンスタレーションを用いることで尤度を正しく計算することができる。このため、受信装置１２は、受信点を正しくシンボル化することができる。
　非線形領域下でのコンスタレーション情報が受信されている場合は、上記ステップ１２２の判別が否定される。この場合は、受信したコンスタレーション情報に基づいて近似コンスタレーションが生成される。そして、その近似コンスタレーションが、尤度計算に用いるコンスタレーションとして設定される（ステップ１２８）。
　この場合、ステップ１２６では、正規コンスタレーションに代えて近似コンスタレーションに基づく尤度計算が行われる。近似コンスタレーションには、受信点に重畳している歪みが反映されている。このため、受信装置１２は、受信点に歪みが重畳していても、正しい尤度計算を実行することができ、その受信点を適正にシンボル化することができる。
　以上説明した通り、本実施形態によれば、送信電力が送信信号増幅器２２の線形領域に属する場合には、受信装置１２に、正規コンスタレーションを用いた尤度計算を実行させる。その結果、データ信号の正しい伝達が実現される。
　また、本実施形態によれば、送信電力が送信信号増幅器２２の非線形領域に属する場合には、近似コンスタレーションの情報を受信装置１２に提供することができる。近似コンスタレーションには、受信点に重畳する歪みの影響が反映されている。このため、受信点に歪が重畳しているにも関わらず、データ信号の正しい伝達が実現される。
　更に、近似コンスタレーションの共有に必要な情報量は、歪みコンスタレーションの共有に必要な情報量より少量である。このため、歪みコンスタレーションそれ自体を受信装置１２に提供する場合に比して、受信装置１２に提供する必要のある情報量を抑えることができる。これにより、本実施形態によれば、送信信号増幅器２２の増幅能力を無駄なく活用しつつ、高いデータレートを維持しながら適正なデータ伝達を達成することが可能となる。
［実施の形態１の変形例］
　ところで、上述した実施の形態１では、変調方式が６４QAMである場合を説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。即ち、本開示に適用可能な変調方式は６４QAMに限定されるものではなく、２５６QAＭ等の他の変調方式を適用することも可能である。
１０　送信装置
１２　受信装置
２２　送信信号増幅器
２６　送信電力制御部
２８　近似パターン情報通知部
３０　情報ビット生成部
４０　尤度算出部

Claims (8)

  1. 　直交振幅変調方式を用いて無線通信を行う送信装置と受信装置を含む無線通信システムであって、
    　前記送信装置は、
    　送信電力が可変の送信信号増幅器と、
    　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御する送信電力制御部と、
    　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知部と、
    　前記パターン情報がデータ信号に先立って送信されるように情報ビットを生成する情報ビット生成部と、を備え、
    　前記受信装置は、前記パターン情報に対応する近似コンスタレーションを用いて、前記データ信号が示す受信点について尤度計算を行う尤度算出部を備える無線通信システム。
  2. 　前記近似パターン情報通知部は、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の非線形領域に属する場合に、前記近似コンスタレーションのパターン情報を生成し、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の線形領域に属する場合に、その状態を表す線形情報を生成するように構成されており、
    　前記情報ビット生成部は、前記パターン情報に代えて前記線形情報が生成された場合は、前記データ信号に先立って前記線形情報が送信されるように情報ビットを生成するように構成されており、
    　前記尤度算出部は、前記受信装置に向けて前記線形情報が送信されてきた場合は、前記正規コンスタレーションを用いて前記尤度計算を実行するように構成されている請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記近似コンスタレーションのパターン情報は、
    　前記同心円の夫々の半径を表す情報と、
    　前記信号点の夫々が、前記同心円の何れに配置されているかを表す情報と、
    　前記信号点の夫々の前記近似コンスタレーション上での位相を表す情報と、
    　を含む請求項１または２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記直交振幅変調は、コンスタレーション上にｎ点の信号点が定義されるｎQAMであり、前記近似コンスタレーションに含まれる同心円の数は、ｎ点の信号点に対応するｎAPSKのコンスタレーションが有する同心円の数と同じである請求項１乃至３の何れか１項に記載の無線通信システム。
  5. 　直交振幅変調方式を用いて無線通信を行う送信装置と受信装置を用いる無線通信方法であって、
    　前記送信装置は、送信電力が可変の送信信号増幅器を備え、
    　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御するステップと、
    　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知ステップと、
    　前記パターン情報をデータ信号に先立って前記受信装置に向けて送信するステップと、
    　前記受信装置が、前記パターン情報に対応する近似コンスタレーションを用いて、前記データ信号が示す受信点について尤度計算を行う尤度算出ステップと、
    　を含む無線通信方法。
  6. 　前記近似パターン情報通知ステップは、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の非線形領域に属する場合に、前記近似コンスタレーションのパターン情報を生成するステップと、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の線形領域に属する場合に、その状態を表す線形情報を生成するステップと、を含み、
    　前記尤度算出ステップは、前記受信装置に向けて、前記線形情報が送信されてきた場合は、前記正規コンスタレーションを用いて前記尤度計算を実行するステップを更に含む請求項５に記載の無線通信方法。
  7. 　直交振幅変調方式を用いて受信装置と無線通信を行う無線通信用送信装置であって、
    　送信電力が可変の送信信号増幅器と、
    　前記送信信号増幅器が用いる送信電力を制御する送信電力制御部と、
    　前記直交振幅変調の正規コンスタレーションに含まれる信号点の夫々を、既定数の同心円の何れかの上に近似的に配置することで得られる近似コンスタレーションのパターン情報を、前記送信電力に基づいて生成する近似パターン情報通知部と、
    　前記パターン情報がデータ信号に先立って送信されるように情報ビットを生成する情報ビット生成部と、
    　を備える無線通信用送信装置。
  8. 　前記近似パターン情報通知部は、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の非線形領域に属する場合に、前記近似コンスタレーションのパターン情報を生成し、
    　前記送信電力が、前記送信信号増幅器の線形領域に属する場合に、その状態を表す線形情報を生成するように構成されており、
    　前記情報ビット生成部は、前記パターン情報に代えて前記線形情報が生成された場合は、前記データ信号に先立って前記線形情報が送信されるように情報ビットを生成するように構成されている請求項７に記載の無線通信用送信装置。
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