JP5888219B2

JP5888219B2 - 通信機および通信方法

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Publication number: JP5888219B2
Application number: JP2012272374A
Authority: JP
Inventors: 延良西川
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP2014120798A

Description

本発明は、通信機および通信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の通信では、入力信号をサブキャリア変調し、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）を行い、ベースバンド信号を生成する。そのため、サブキャリアの数が増え、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）サイズが大きくなると、大きなピークを持つベースバンド信号が生成され、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が高くなるという性質を持っている。ＰＡＰＲが高くなると、信号を歪みなく伝送するために広範囲において線形性を有する増幅器が必要となる。そこでＰＡＰＲを低減するための技術が開発されている。

特許文献１の直交周波数分割多重通信装置では、ＰＡＰＲを低減するため、ＩＦＦＴを行う前に逐次決定法により算出した最適位相に基づきサブキャリア変調信号の位相を制御する。

特開２００６−１６５７８１号公報

ＯＦＤＭ方式の通信では、ＰＡＰＲを低減することが課題となっている。特許文献１の直交周波数分割多重通信装置では、ＰＡＰＲを低減する最適位相を算出するために繰り返し計算処理を行い、サブキャリアごとに位相を制御する必要がある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減し、さらにＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成する変調手段と、
前記変調信号の各要素の直前または直後に前記変調信号の各要素が取り得る値と異なる所定の複素数を挿入し、要素数が高速フーリエ変換のサイズに一致する挿入後データを生成する挿入手段と、
前記挿入後データの逆高速フーリエ変換を行う第１のＩＦＦＴ手段と、
前記挿入後データの要素の順序を逆にして生成した反転データを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトしてシフトデータを生成するシフト手段と、
前記挿入後データに前記シフトデータを加算したデータの逆高速フーリエ変換を行う第２のＩＦＦＴ手段と、
前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果および前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果のそれぞれに基づくベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定手段と、
前記ピーク対平均電力比が所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果または前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果を検出するまで、前記反転データをシフトする前記所定の回数を変えて前記シフト手段の処理を行って前記シフトデータを生成し、該シフトデータについて、前記第２のＩＦＦＴ手段および前記判定手段の処理を繰り返し行う繰り返し手段と、
前記所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果または前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記挿入手段は、前記所定の複素数を０とし、前記変調信号の各要素の直前または直後に０を挿入する。

好ましくは、前記挿入手段は、前記変調信号の各要素の直後に前記所定の複素数を挿入する。

本発明の第２の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って変換後データを生成するＦＦＴ手段と、
前記変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび前記変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、前記第１のデータおよび前記第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する分解手段と、
前記基準データと所定の方向に所定の回数シフトした前記反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することを前記所定の回数を変えて繰り返し行い、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在する場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在しない場合には、前記基準データを復元データとする相関分析手段と、
前記復元データを所定の変調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記相関分析手段は、前記所定の複素数を０とし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データがある場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを前記復元データとする。

好ましくは、前記分解手段は、前記第１のデータを前記基準データとし、前記第２のデータの要素の順序を逆にして前記反転受信データを生成する。

本発明の第３の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成する変調ステップと、
前記変調信号の各要素の直前または直後に前記変調信号の各要素が取り得る値と異なる所定の複素数を挿入し、要素数が高速フーリエ変換のサイズに一致する挿入後データを生成する挿入ステップと、
前記挿入後データの逆高速フーリエ変換を行う第１のＩＦＦＴステップと、
前記挿入後データの要素の順序を逆にして生成した反転データを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトしてシフトデータを生成するシフトステップと、
前記挿入後データに前記シフトデータを加算したデータの逆高速フーリエ変換を行う第２のＩＦＦＴステップと、
前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果および前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果のそれぞれに基づくベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定ステップと、
前記ピーク対平均電力比が所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果または前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果を検出するまで、前記反転データをシフトする前記所定の回数を変えて前記シフトステップの処理を行って前記シフトデータを生成し、該シフトデータについて、前記第２のＩＦＦＴステップおよび前記判定ステップの処理を繰り返し行う繰り返しステップと、
前記所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果または前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記挿入ステップにおいて、前記所定の複素数を０とし、前記変調信号の各要素の直前または直後に０を挿入する。

好ましくは、前記挿入ステップにおいて、前記変調信号の各要素の直後に前記所定の複素数を挿入する。

本発明の第４の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って変換後データを生成するＦＦＴステップと、
前記変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび前記変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、前記第１のデータおよび前記第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する分解ステップと、
前記基準データと所定の方向に所定の回数シフトした前記反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することを前記所定の回数を変えて繰り返し行い、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在する場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在しない場合には、前記基準データを復元データとする相関分析ステップと、
前記復元データを所定の変調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記相関分析ステップにおいて、前記所定の複素数を０とし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データがある場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを前記復元データとする。

好ましくは、前記分解ステップにおいて、前記第１のデータを前記基準データとし、前記第２のデータの要素の順序を逆にして前記反転受信データを生成する。

本発明によれば、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減し、さらにＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。実施の形態に係る通信機が行う送信側での演算処理の例を示す図である。実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る通信機が行う受信側での演算処理の例を示す図である。実施の形態に係る通信機が行う受信側での演算処理の例を示す図である。実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る通信機におけるベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲ特性を示す図である。シミュレーションに用いた伝送路の遅延プロファイルの概略図である。実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲと移動速度の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。以下の説明において、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）は、ＩＦＦＴとＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transformation：逆離散フーリエ変換）を含む概念とする。したがって本発明の実施の形態においては、ＩＦＦＴの代わりに、ＩＤＦＴを行うよう構成してもよい。同様にＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）は、ＦＦＴとＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation：離散フーリエ変換）を含む概念とする。またＩＤＦＴおよびＤＦＴを行う場合は、以下の説明におけるＦＦＴサイズとは、ＤＦＴサイズを意味する。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。通信機１は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の無線通信により他の機器と通信を行う。通信機１は、アンテナ１０、変調部１１、直並列変換部１２、挿入部１３、ＩＦＦＴ部１４、反転部１５、シフト部１６、判定部１７、送信部１８およびコントローラ２０を備える。

コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、およびＲＯＭ（Read-Only Memory）２４を備える。複雑化を避け、理解を容易にするために、コントローラ２０から各部への信号線が省略されているが、コントローラ２０は通信機１の各部にＩ／Ｏ（Input／Output）２２を介して接続しており、それらの処理の開始、終了、処理内容の制御を行う。

ＲＡＭ２３には、例えば送信フレームを生成するためのデータが記憶されている。ＲＯＭ２４は、コントローラ２０が通信機１の動作を制御するための制御プログラムを格納する。コントローラ２０は、制御プログラムに基づいて、通信機１を制御する。

図２は、実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の通信機１に受信機能をもたせるため、図２に示す通信機１はさらに復調部３１、並直列変換部３２、相関部３３、分解部３４、ＦＦＴ部３５、受信部３６、および送受信切替部３７を備える。送信機能および受信機能を備える図２に示す通信機１を用いて、通信機１が行う通信方法について以下に説明する。

変調部１１は、入力信号を所定の変調方式で変調し、変調信号を生成し、直並列変換部１２に送る。所定の変調方式は、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）である。直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換し、挿入部１３に送る。挿入部１３は、直並列変換された変調信号の各要素の直前または直後に、変調信号の各要素が取り得るいずれの値とも異なる所定の複素数を挿入し、要素数がＦＦＴサイズに一致する挿入後データを生成する。変調方式がＱＰＳＫの場合に、変調信号の各要素の絶対値をＡとすると、変調信号の各要素が取り得る値は、Ａ・ｅ^{ｉ（π／４）}、Ａ・ｅ^{ｉ（３π／４）}、Ａ・ｅ^{ｉ（−π／４）}、およびＡ・ｅ^{ｉ（−３π／４）}である。したがって変調方式がＱＰＳＫの場合には、所定の複素数は前述のいずれの値とも異なる複素数である。挿入部１３は、挿入後データをＩＦＦＴ部１４および反転部１５に送る。

ここで一例として、挿入部１３は、例えば所定の複素数を０とし、直並列変換された変調信号の各要素の直後に０を挿入するものとする。直並列変換された変調信号ｄは下記（１）式で表され、挿入後データｆは下記（２）式で表される。ＦＦＴサイズをＮとすると、式中のＭ＝Ｎ／２である。また式中の添え字のＴは、行列を転置表示していることを示す。これは以下の説明においても同様である。

反転部１５は、挿入後データの要素の順序を逆にして反転データを生成し、シフト部１６に送る。上記（２）式で表される挿入後データｆに基づき生成した反転データｇは、下記（３）式で表される。

シフト部１６は、反転データを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトして、シフトデータを生成し、ＩＦＦＴ部１４に送る。上記（３）式で表される反転データｇを例えば上方向にｋ回シフトして生成したシフトデータｇ^（ｋ）は、下記（４）式で表される。添え字の括弧内のｋは、シフト回数を表し、ｋ＝２ｉが成り立つ。なおｉは０以上、Ｍ未満の整数である。反転データｇをシフトする方向は上方向に限られず、任意である。

挿入後データｆにシフトデータｇ^（ｋ）を加算したデータである演算後データｈは、下記（５）式で表される。ＩＦＦＴ部１４は、挿入後データｆおよび演算後データｈについてそれぞれＩＦＦＴを行い、演算結果を判定部１７に送る。

図３は、実施の形態に係る通信機が行う送信側での演算処理の例を示す図である。変調信号の要素数を８とし、ＦＦＴサイズを１６とした。横軸が要素であり、縦軸が要素の値である。説明を容易にするために、各要素の実部のみを表した。挿入部１３は、図３（ａ）に示す変調信号ｄの各要素の直後に０を挿入して、図３（ｂ）に示す挿入後データｆを生成する。反転部１５は挿入後データｆの要素の順序を逆にして、図３（ｃ）に示す反転データｇを生成する。シフト部１６は例えばｋ＝６として、反転データを上方向に６回シフトして、図３（ｄ）に示すシフトデータｇ^（ｋ）を生成する。図３（ｅ）は、挿入後データｆにシフトデータｇ^（ｋ）を加算して生成した演算後データｈである。ＩＦＦＴ部１４は、図３（ｂ）に示す挿入後データｆのＩＦＦＴを行い、また図３（ｅ）に示す演算後データｈのＩＦＦＴを行う。

判定部１７は、ＩＦＦＴ部１４における挿入後データｆの演算結果に基づくベースバンド信号およびＩＦＦＴ部１４における演算後データｈの演算結果に基づくベースバンド信号のＰＡＰＲをそれぞれ算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する。挿入後データｆおよび演算後データｈのいずれについてもＩＦＦＴ部１４での演算結果に基づくＰＡＰＲが所定の基準に合致しない場合には、判定部１７はその旨をシフト部１６に通知する。そしてシフト部１６は、反転データｇのシフト回数を変えて、新たなシフトデータｇ^（ｋ’）を生成する。シフト部１６が新たなシフトデータｇ^（ｋ’）を生成し、ＩＦＦＴ部１４および判定部１７が、新たなシフトデータｇ^（ｋ’）に基づき上述の処理を行うことを、ＰＡＰＲが所定の基準に合致する演算結果を検出するまでシフト回数を変えて繰り返す。

ＰＡＰＲが所定の基準に合致する演算結果を検出するまで上述の処理を繰り返すことで、ベースバンド信号のＰＡＰＲを低減することが可能になる。なお上述の繰り返し処理においては、ＩＦＦＴ部１４、および判定部１７は、新たなシフトデータｇ^（ｋ’）に基づく演算後データｈについてのみ処理を行い、挿入後データｆについての処理は繰り返し行わないように構成することができる。

コントローラ２０は、シフト部１６、ＩＦＦＴ部１４、および判定部１７が上述の処理を繰り返すよう制御し、繰り返し手段としての動作を行う。

ＰＡＰＲが所定の基準に合致する演算結果を検出した場合には、判定部１７は、所定の基準に合致するＩＦＦＴ部１４での演算結果を送信部１８に送る。判定部１７は、シフト部１６における反転データｇのデータのシフトが一巡するまで上述の処理を繰り返し、最もＰＡＰＲが低いＩＦＦＴ部１４での演算結果を検出するように、またはＰＡＰＲが所定の値より小さいＩＦＦＴ部１４での演算結果を検出するように構成することができる。

送信部１８は、受け取った所定の基準に合致するＩＦＦＴ部１４での演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３７およびアンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送る。

図４は、実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。変調部１１は、入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成し、直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換する（ステップＳ１１０）。挿入部１３は、直並列変換された変調信号の各要素の直前または直後に所定の複素数を挿入し、要素数がＦＦＴサイズに一致する挿入後データｆを生成する（ステップＳ１２０）。ＩＦＦＴ部１４は、挿入後データｆのＩＦＦＴを行う（ステップＳ１３０）。反転部１５は、挿入後データｆの要素の順序を逆にして反転データｇを生成する（ステップＳ１４０）。

シフト部１６は、反転データｇを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトして、シフトデータｇ^（ｋ）を生成する（ステップＳ１５０）。例えばシフト回数を０とすると、シフトデータｇ^（ｋ）＝ｇである。ＩＦＦＴ部１４は、挿入後データｆにシフトデータｇ^（ｋ）を加算したデータである演算後データｈのＩＦＦＴを行う（ステップＳ１６０）。判定部１７は、ＩＦＦＴ部１４における挿入後データｆの演算結果に基づくベースバンド信号およびＩＦＦＴ部１４における演算後データｈの演算結果に基づくベースバンド信号のＰＡＰＲをそれぞれ算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する（ステップＳ１７０）。

ＰＡＰＲが所定の基準に合致する演算結果を検出しなかった場合には（ステップＳ１８０；Ｎ）、シフト回数に１を加算して（ステップＳ１９０）、ステップＳ１５０に戻り、新たなシフト回数に基づき新たなシフトデータｇ^（ｋ’）を生成して、上述の処理を繰り返す。ＰＡＰＲが所定の基準に合致する演算結果を検出した場合には（ステップＳ１８０；Ｙ）、送信部１８は、所定の基準に合致する演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号からから送信信号を生成し、送受信切替部３７およびアンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送る（ステップＳ２００）。ステップＳ２００の送信処理が完了すると、処理を終了する。なお上述の繰り返し方法は一例であり、シフト回数の変更の方法は任意である。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３６は、アンテナ１０および送受信切替部３７を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、直並列変換して、ＦＦＴ部３５に送る。ＦＦＴ部３５は、直並列変換されたベースバンド信号のＦＦＴを行って変換後データを生成し、変換後データを分解部３４に送る。

分解部３４は、変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、第１のデータおよび第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する。分解部３４は基準データおよび反転受信データを相関部３３に送る。例えば送信側の挿入部１３において直並列変換された変調信号の各要素の直後に所定の複素数を挿入した場合には、分解部３４は、第１のデータを基準データとし、第２のデータの順序を逆にして反転受信データを生成する。また例えば送信側の挿入部１３において直並列変換された変調信号の各要素の直前に所定の複素数を挿入した場合には、分解部３４は、第２のデータを基準データとし、第１のデータの順序を逆にして反転受信データを生成する。受信側では予め送信側での所定の複素数の挿入位置についての情報を保持しているものとする。

相関部３３は、基準データと所定の方向に所定の回数シフトした反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することを所定の回数を変えて繰り返し行う。相関部３３は、基準データとシフトした反転受信データとの相関値が閾値以上であれば、基準データとシフトした反転受信データとの間に相関関係があると判定する。閾値は、相関値が取り得る最大値に応じて決定され、例えば正規化された相関分析を行う場合には、閾値を３／４とする。

基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データが存在する場合には、相関部３３は、基準データの各要素および基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとする。所定の複素数とは、送信側の挿入部１３で用いた所定の複素数と同一であり、受信側では所定の複素数についての情報を予め保持しているものとする。基準データの各要素および基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データの各要素の平均値をとることで、データに含まれる雑音成分を小さくすることが可能となる。

上記（２）式に表されるように、挿入部１３は、例えば所定の複素数を０とし、直並列変換された変調信号の各要素の直後に０を挿入するものとする。基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データが存在する場合には、相関部３３は、基準データの各要素および基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを復元データとする。

基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データが存在しない場合には、相関部３３は、基準データを復元データとする。相関部３３は、復元データを並直列変換部３２に送る。

図５は、実施の形態に係る通信機が行う受信側での演算処理の例を示す図である。横軸が要素であり、縦軸が要素の値である。説明を容易にするために、各要素の実部のみを表した。送信側で図３に示す演算処理が行われ、図３（ｅ）に示す演算後データｈに基づくベースバンド信号が送信されたとする。図５（ａ）が変換後データである。図５（ｂ）が第１のデータであり、図５（ｃ）が第２のデータである。分解部３４は、第１のデータを基準データとし、図５（ｄ）に示すように、第２のデータの順序を逆にして反転受信データを生成する。

相関部３３は、基準データと所定の方向に所定の回数シフトした反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することをシフトする所定の回数を変えて繰り返す。図５（ｄ）に示す並列信号である反転受信データを上方向に３回シフトしたデータは、基準データに一致するため、相関値が閾値以上となる。相関部３３は、基準データの各要素および上方向に３回シフトした反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを復元データとする。

図６は、実施の形態に係る通信機が行う受信側での演算処理の例を示す図である。図の見方は、図５と同様である。送信側で図３に示す演算処理が行われ、図３（ｂ）に示す挿入後データｆに基づくベースバンド信号が送信されたとする。図６（ａ）が変換後データである。図６（ｂ）が第１のデータであり、図６（ｃ）が第２のデータおよび反転受信データである。

相関部３３は、基準データと所定の方向に所定の回数シフトした反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することをシフトする所定の回数を変えて繰り返す。いずれのシフトした反転受信データも基準データとは相関関係を有さない。基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データが存在しないため、相関部３３は、基準データを復元データとする。

図５および図６のいずれの場合にも、復元データは図３（ａ）に示す変調信号に一致する。並直列変換部３２は、復元データを並直列変換し、復調部３１に送る。復調部３１は、並直列変換された復元データを所定の変調方式で復調し、入力信号を復元する。

図７は、実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。受信部３６は、アンテナ１０および送受信切替部３７を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、直並列変換する（ステップＳ３１０）。ＦＦＴ部３５は、直並列変換されたベースバンド信号のＦＦＴを行って変換後データを生成する（ステップＳ３２０）。分解部３４は、変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、第１のデータおよび第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する（ステップＳ３３０）。

相関部３３は、シフト回数を０で初期化する（ステップＳ３４０）。相関部３３は、基準データと上方向に０回シフトした反転受信データとの間の相関関係の有無を判定する（ステップＳ３５０）。基準データとシフトした反転受信データとの間に相関関係がある場合には（ステップＳ３６０；Ｙ）、相関部３３は、基準データの各要素および該シフトした反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとする（ステップＳ３７０）。

基準データとシフトした反転受信データとの間に相関関係がない場合には（ステップＳ３６０；Ｎ）、ステップＳ３８０に進む。上述の例ではシフト回数は０であり、Ｎ−１ではないため（ステップＳ３８０；Ｎ）、シフト回数に１を加算して（ステップＳ３９０）、ステップＳ３５０に戻り、上述の処理を繰り返す。上述の処理を繰り返し、シフト回数がＮ−１に達した場合には（ステップＳ３８０；Ｙ）、相関部３３は基準データを復元データとする（ステップＳ４００）。並直列変換部３２は、復元データを並直列変換し、復調部３１は、並直列変換された復元データを所定の変調方式で復調し、入力信号を復元する（ステップＳ４１０）。ステップＳ４１０の復元処理が完了すると、処理を終了する。なお上述の繰り返し方法は一例であり、シフト回数の変更の方法は任意である。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態に係る通信機１によれば、ＯＦＤＭ通信方式において、変調信号に所定の演算処理を施し、所定の基準を満たすＩＦＦＴ部１４での演算結果を検出するまで処理を繰り返すことで、ＰＡＰＲを低減することが可能となる。また上述のようにシフト部１６、ＩＦＦＴ部１４、および判定部１７の処理を繰り返すことは、逐次決定法による計算処理の繰り返しと比べてより簡易な方法であり、本発明の実施の形態に係る通信機１によれば、ＰＡＰＲを低減する処理を簡易化することが可能となる。

また受信側で基準データの各要素および基準データと相関関係を有するシフトした反転受信データの各要素の平均値に基づき復元データを生成する場合には、データに含まれる雑音成分を小さくすることが可能となる。

（具体例）
次に、シミュレーションにより本実施の形態に係る発明の効果を説明する。入力信号にランダム信号を用いて、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲの算出を繰り返すシミュレーションを行った。変調方式をＱＰＳＫとし、ＦＦＴサイズを２０４８として、従来技術と本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲのＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function：相補累積分布関数）、すなわちＰＡＰＲの発生確率の特性を比較した。従来技術とは、上述のような演算処理を行わずに、入力信号を所定の変調方式で変調した信号を直並列変換し、ＩＦＦＴを行ってベースバンド信号を生成する方法である。

ここで一例として、挿入部１３が、要素数が１０２４である直並列変換された変調信号の各要素の直後に０を挿入して生成した挿入後データｆを用いてシミュレーションを行う。図８は、実施の形態に係る通信機におけるベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。横軸はＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）、縦軸はＰＡＰＲのＣＣＤＦである。従来技術のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が細い実線のグラフであり、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性が太い実線のグラフである。本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは従来技術と比べて低減されている。

所定の変調方式で変調した信号の各要素の位相が一致する、例えば要素の値が全て０である同一信号を入力信号としてシミュレーションを行った。従来技術のＰＡＰＲが３３．１１ｄＢであるのに対し、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは３０．１０ｄＢであった。入力信号が同一信号である場合についても、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは、従来技術と比べて低減されている。

ＢＥＲ（Bit Error Rate：符号誤り率）について同様にシミュレーションを行った。図９は、実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲ特性を示す図である。横軸はＥｂ／Ｎｏ（Energy per Bit to NOise power spectral density ratio：ビットエネルギー対雑音電力密度比）、縦軸はＢＥＲである。Ｅｂ／Ｎｏの単位はｄＢである。従来技術のＢＥＲはプロット点を四角で表したグラフであり、本実施の形態に係る発明のＢＥＲはプロット点を三角で表したグラフである。図９に示すように、特に雑音レベルが高い範囲において、本実施の形態に係る発明のＢＥＲは従来技術と比べて改善している。

次に伝送路中におけるフェージングの影響についてシミュレーションを行った。マルチパスの数を６とし、受信側のアンテナに到来する素波の数を３２とした。また素波により構成される遅延波の遅延時間とアンテナでの所定の数の波長を含む所定の区間での受信電力の平均である平均電力との関係を示す遅延プロファイルとして表１に示す値を用いた。図１０は、シミュレーションに用いた伝送路の遅延プロファイルの概略図である。

ドップラーシフトに関しては、基準となるサブキャリアの周波数を５．６ＧＨｚとし、送信側の通信機の移動速度を可変とした。シミュレーションで用いたＯＦＤＭ通信方式においては、インターリーブを用いず、誤り訂正を行わなかった。またパイロット信号として要素の値が全て１の信号を用い、受信側では０次補間をし、ゼロフォーシングを用いて等化を行った。

シミュレーションしたＢＥＲの変化について説明する。図１１は、実施の形態に係る通信機におけるＢＥＲと移動速度の関係を示す図である。横軸はＥｂ／Ｎｏ、縦軸はＢＥＲである。Ｅｂ／Ｎｏの単位はｄＢである。従来技術のＢＥＲはプロット点を四角で表したグラフであり、本実施の形態に係る発明のＢＥＲはプロット点を三角で表したグラフである。移動速度を変えてＢＥＲのシミュレーションを行った。図１１（ａ）が移動速度が０ｋｍ／ｈである場合、図１１（ｂ）が移動速度が５０ｋｍ／ｈである場合、図１１（ｃ）が移動速度が１００ｋｍ／ｈである場合のＢＥＲである。移動速度が速くなるにつれて、ＢＥＲが劣化しており、また移動速度が遅い方が本実施の形態に係る発明によるＢＥＲの改善の程度が大きいことがわかる。

上述のシミュレーションにより、本実施の形態においては、変調信号に所定の演算処理を施し、所定の基準を満たすベースバンド信号を検出するまで処理を繰り返すことで、ＰＡＰＲを低減でき、またＢＥＲを向上させることができることがわかった。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。変調部１１の変調方式は、ＱＰＳＫに限られず、ＱＰＳＫ以外のＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直角位相振幅変調）などを用いることができる。上述の実施の形態においては、直並列変換部１２で直並列変換した変調信号の各要素の直前または直後に、所定の複素数を挿入したが、直並列変換部１２と挿入部１３との順序を変えてもよい。すなわち、入力信号を所定の変調方式で変調して生成した変調信号の各要素の直前または直後に、所定の複素数を挿入して挿入後データを生成し、直並列変換部１２で挿入後データを直並列変換するように構成してもよい。

上述の実施の形態においては、挿入部１３は所定の複素数として０を用いたが、所定の複素数は０に限られない。挿入部１３が所定の複素数αを用いる場合には、上記（２）、（３）、（４）式の０をαに置き換えたデータがそれぞれ挿入後データｆ、反転データｇ、シフトデータｇ^（ｋ）である。また演算後データｈは、下記（６）式で表される。

上記（６）式で表される演算後データｈに基づくベースバンド信号が送信された場合には、受信側の相関部３３は、基準データの各要素および反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとする。また相関部３３は、基準データの各要素から所定の複素数を減算したデータと、反転受信データの各要素から該所定の複素数を減算したデータの、各要素の平均値を各要素とするデータを復元データとしてもよい。

ＩＦＦＴ部１４は、ＩＦＦＴの代わりにＩＤＦＴを行うよう構成してもよいし、ＦＦＴ部３５は、ＦＦＴの代わりにＤＦＴを行うよう構成してもよい。

１通信機
１０アンテナ
１１変調部
１２直並列変換部
１３挿入部
１４ＩＦＦＴ部
１５反転部
１６シフト部
１７判定部
１８送信部
２０コントローラ
２１ＣＰＵ
２２Ｉ／Ｏ
２３ＲＡＭ
２４ＲＯＭ
３１復調部
３２並直列変換部
３３相関部
３４分解部
３５ＦＦＴ部
３６受信部
３７送受信切替部

Claims

直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成する変調手段と、
前記変調信号の各要素の直前または直後に前記変調信号の各要素が取り得る値と異なる所定の複素数を挿入し、要素数が高速フーリエ変換のサイズに一致する挿入後データを生成する挿入手段と、
前記挿入後データの逆高速フーリエ変換を行う第１のＩＦＦＴ手段と、
前記挿入後データの要素の順序を逆にして生成した反転データを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトしてシフトデータを生成するシフト手段と、
前記挿入後データに前記シフトデータを加算したデータの逆高速フーリエ変換を行う第２のＩＦＦＴ手段と、
前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果および前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果のそれぞれに基づくベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定手段と、
前記ピーク対平均電力比が所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果または前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果を検出するまで、前記反転データをシフトする前記所定の回数を変えて前記シフト手段の処理を行って前記シフトデータを生成し、該シフトデータについて、前記第２のＩＦＦＴ手段および前記判定手段の処理を繰り返し行う繰り返し手段と、
前記所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴ手段の演算結果または前記第２のＩＦＦＴ手段の演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信機。
前記挿入手段は、前記所定の複素数を０とし、前記変調信号の各要素の直前または直後に０を挿入することを特徴とする請求項１に記載の通信機。
前記挿入手段は、前記変調信号の各要素の直後に前記所定の複素数を挿入することを特徴とする請求項１または２に記載の通信機。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って変換後データを生成するＦＦＴ手段と、
前記変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび前記変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、前記第１のデータおよび前記第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する分解手段と、
前記基準データと所定の方向に所定の回数シフトした前記反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することを前記所定の回数を変えて繰り返し行い、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在する場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在しない場合には、前記基準データを復元データとする相関分析手段と、
前記復元データを所定の変調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする通信機。
前記相関分析手段は、前記所定の複素数を０とし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データがある場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを前記復元データとすることを特徴とする請求項４に記載の通信機。
前記分解手段は、前記第１のデータを前記基準データとし、前記第２のデータの要素の順序を逆にして前記反転受信データを生成することを特徴とする請求項４または５に記載の通信機。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成する変調ステップと、
前記変調信号の各要素の直前または直後に前記変調信号の各要素が取り得る値と異なる所定の複素数を挿入し、要素数が高速フーリエ変換のサイズに一致する挿入後データを生成する挿入ステップと、
前記挿入後データの逆高速フーリエ変換を行う第１のＩＦＦＴステップと、
前記挿入後データの要素の順序を逆にして生成した反転データを所定の方向に、２の倍数である所定の回数シフトしてシフトデータを生成するシフトステップと、
前記挿入後データに前記シフトデータを加算したデータの逆高速フーリエ変換を行う第２のＩＦＦＴステップと、
前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果および前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果のそれぞれに基づくベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出し、該ピーク対平均電力比が所定の基準に合致するか否かを判定する判定ステップと、
前記ピーク対平均電力比が所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果または前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果を検出するまで、前記反転データをシフトする前記所定の回数を変えて前記シフトステップの処理を行って前記シフトデータを生成し、該シフトデータについて、前記第２のＩＦＦＴステップおよび前記判定ステップの処理を繰り返し行う繰り返しステップと、
前記所定の基準に合致する前記第１のＩＦＦＴステップの演算結果または前記第２のＩＦＦＴステップの演算結果に基づきベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号から送信信号を生成して送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記挿入ステップにおいて、前記所定の複素数を０とし、前記変調信号の各要素の直前または直後に０を挿入することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
前記挿入ステップにおいて、前記変調信号の各要素の直後に前記所定の複素数を挿入することを特徴とする請求項７または８に記載の通信方法。
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換し、高速フーリエ変換を行って変換後データを生成するＦＦＴステップと、
前記変換後データの奇数番目の要素から成る第１のデータおよび前記変換後データの偶数番目の要素から成る第２のデータに基づき、前記第１のデータおよび前記第２のデータの定めた一方を基準データとし、他方の要素の順序を逆にして反転受信データを生成する分解ステップと、
前記基準データと所定の方向に所定の回数シフトした前記反転受信データとの間の相関関係の有無を判定することを前記所定の回数を変えて繰り返し行い、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在する場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値から所定の複素数を減算した値を各要素とするデータを復元データとし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データが存在しない場合には、前記基準データを復元データとする相関分析ステップと、
前記復元データを所定の変調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記相関分析ステップにおいて、前記所定の複素数を０とし、前記基準データと相関関係を有するシフトした前記反転受信データがある場合には、前記基準データの各要素および該反転受信データの各要素の平均値を各要素とするデータを前記復元データとすることを特徴とする請求項１０に記載の通信方法。
前記分解ステップにおいて、前記第１のデータを前記基準データとし、前記第２のデータの要素の順序を逆にして前記反転受信データを生成することを特徴とする請求項１０または１１に記載の通信方法。