JP6089613B2

JP6089613B2 - 通信機および通信方法

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Publication number: JP6089613B2
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Inventors: 延良西川
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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、
所定のデータの集合である冗長信号に基づき、前記変調信号の各要素と、所定の方向に所定の回数だけデータのシフトを行った前記冗長信号の各要素とが交互に位置し、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ＩＦＦＴ手段と、
前記ＩＦＦＴ手段の演算結果を合成してベースバンド信号を生成する合成手段と、
前記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を満たすか否かを判断する判定手段と、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号を検出するまで、前記所定の回数を変えて、前記挿入手段、前記ＩＦＦＴ手段、前記合成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、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号に基づき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、前記冗長信号として、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列を用いる。

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、
所定の方向にシフトされた冗長信号の各要素と変調信号の各要素とが交互に位置する周波数領域のデータに基づいて生成された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、
前記冗長信号の要素が挿入された位置に応じた前記変換後データの定めた位置にある要素を抽出し、抽出した該要素から成る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。

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、
所定のデータの集合である冗長信号に基づき、前記変調信号の各要素と、所定の方向に所定の回数だけデータのシフトを行った前記冗長信号の各要素とが交互に位置し、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ＩＦＦＴステップと、
前記ＩＦＦＴステップの演算結果を合成してベースバンド信号を生成する合成ステップと、
前記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を満たすか否かを判断する判定ステップと、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号を検出するまで、前記所定の回数を変えて、前記挿入ステップ、前記ＩＦＦＴステップ、前記合成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、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号に基づき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、前記冗長信号として、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列を用いる。

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、
所定の方向にシフトされた冗長信号の各要素と変調信号の各要素とが交互に位置する周波数領域のデータに基づいて生成された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、
前記冗長信号の要素が挿入された位置に応じた前記変換後データの定めた位置にある要素を抽出し、抽出した該要素から成る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。

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。実施の形態に係る挿入部が行う挿入処理の例を示す図である。実施の形態に係る挿入部が行う挿入処理の異なる例を示す図である。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挿入後データの信号点配置図の例を示す図である。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。実施の形態に係る通信機における挿入後データの信号点配置図の例を示す図である。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。

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、合成部１５、判定部１６、送信部１７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、抽出部３３、ＦＦＴ部３４、受信部３５、および送受信切替部３６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任意に定めた位置に所定のデータの集合である冗長信号の要素を挿入し、要素数がＦＦＴのサイズに一致する挿入後データを生成する。挿入部１３は、挿入後データをＩＦＦＴ部１４に送る。

送信側と受信側で冗長信号の要素の挿入位置の情報が共有されていれば、冗長信号の要素を挿入する位置は任意に決めることができる。挿入部１３は、冗長信号として、例えばランダム信号や、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列を用いることができる。自己相関特性を有するデータ系列を用いる場合、データの任意のシフトを行ったデータ系列は、データのシフトを行っていないデータ系列と比べて、少なくとも１の要素の値が異なる。

自己相関特性を有するデータ系列として、例えばＣＡＺＡＣ(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation)系列やＰＮ（Pseudorandom Noise：擬似ランダム雑音）系列を用いることができる。変調信号よりもＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が低い自己相関特性を有するデータ系列を冗長信号として用い、変調信号の任意に定めた位置に冗長信号の要素を挿入することで、ＰＡＰＲを低減することが可能となる。

変調信号の要素数をＭとすると、直並列変換された変調信号は下記（１）式で表される。以下の説明における変調信号ｄは、直並列変換された変調信号を意味する。ＦＦＴサイズをＮとすると、冗長信号ｒは下記（２）式で表される。なお冗長信号ｒは、直列信号であってもよいし、並列信号であってもよい。

挿入部１３は、例えばＭ＝Ｎ／２とし、変調信号ｄの各要素と冗長信号ｒの各要素が交互に位置するように、変調信号ｄの各要素の直後に冗長信号ｒの各要素を順に挿入して、挿入後データを生成する。挿入後データは、下記（３）式で表される。式中の添え字Ｔは、行列を転置表示していることを表す。

挿入部１３は、所定のデータの集合である冗長信号ｒについて所定の方向に所定の回数データのシフトを行い、変調信号ｄの任意に定めた位置にデータのシフトを行った冗長信号ｒの要素を挿入してもよい。例えば左方向にｋ回シフトした冗長信号ｒ^（ｋ）は、下記（４）式で表される。添え字の括弧内のｋは、シフトした回数を表す。冗長信号ｒのデータをシフトする方向は左方向に限られず、任意である。

挿入部１３は、変調信号ｄの各要素と冗長信号ｒ^（ｋ）の各要素が交互に位置するように、変調信号ｄの各要素の直後に冗長信号ｒ^（ｋ）の各要素を順に挿入して、挿入後データを生成する。挿入後データは、下記（５）式で表される。

図３は、実施の形態に係る挿入部が行う挿入処理の例を示す図である。変調信号ｄおよび冗長信号ｒ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。図３（ａ）の白い四角で表される変調信号ｄの任意に定めた位置に、図３（ｂ）の斜線模様の四角で表される冗長信号ｒの要素を挿入し、挿入後データを生成した。図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、変調信号ｄの任意に定めた位置に冗長信号ｒの要素を挿入して生成した挿入後データの例である。

図３（ｃ）に示すように、冗長信号ｒの各要素が連続しないように変調信号ｄに冗長信号ｒの要素を挿入してもよいし、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、冗長信号ｒの一部の要素が連続するように変調信号ｄに冗長信号ｒの要素を挿入してもよい。連続する冗長信号ｒの要素数は、図３（ｄ）に示すように異なってもよいし、図３（ｅ）に示すように同じであってもよい。また図３（ｆ）のように冗長信号ｒの全ての要素を変調信号ｄの前に挿入してもよい。図３に示すように、変調信号ｄの任意に定めた位置に冗長信号ｒを挿入することができ、冗長信号ｒを受信側での等化処理に用いるパイロット信号のように一定間隔で変調信号ｄに挿入する必要はない。

図４は、実施の形態に係る挿入部が行う挿入処理の異なる例を示す図である。図の見方は図３と同様である。変調信号ｄの要素数と冗長信号ｒの要素数は異なる値でもよい。図４（ａ）は要素数が１１の変調信号ｄであり、図４（ｂ）は要素数が５の冗長信号ｒである。図４（ａ）に示す変調信号ｄに図４（ｂ）に示す冗長信号ｒを挿入して図４（ｃ）に示すように挿入後データを生成してもよい。また図４（ｄ）は要素数が６の変調信号ｄであり、図４（ｅ）は要素数が１０の冗長信号ｒである。図４（ｄ）に示す変調信号ｄに図４（ｅ）に示す冗長信号ｒを挿入して図４（ｆ）に示すように挿入後データを生成してもよい。

ＩＦＦＴ部１４は、挿入後データのＩＦＦＴを行い、演算結果を合成部１５に送る。合成部１５は、ＩＦＦＴ部１４の演算結果を合成してベースバンド信号を生成し、ベースバンド信号を判定部１６に送る。判定部１６は、ベースバンド信号のＰＡＰＲを算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する。ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致しない場合には、判定部１６はその旨を挿入部１３に通知する。そして挿入部１３は、異なる冗長信号ｒを用いて新たな挿入後データを生成する。挿入部１３が異なる冗長信号ｒを用いて新たな挿入後データを生成し、ＩＦＦＴ部１４、合成部１５、および判定部１６が、新たな挿入後データ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ベースバンド信号を検出するまで繰り返す。ＰＡＰＲが所定の基準に合致するベースバンド信号を検出するまで繰り返すことで、ベースバンド信号のＰＡＰＲを低減することが可能になる。

挿入部１３は、変調信号の任意の定めた位置に所定の方向に所定の回数シフトした冗長信号ｒを挿入して挿入後データを生成する場合には、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するベースバンド信号を検出するまで、シフトする回数を変えて上述の処理を繰り返す。冗長信号ｒとしてランダム信号を用いた場合、データの任意のシフトを行ったランダム信号と、データのシフトを行っていないランダム信号とが一致する確率は極めて低い。また冗長信号ｒとして自己相関特性を有するデータ系列を用いる場合、データの任意のシフトを行ったデータ系列は、データのシフトを行っていないデータ系列と比べて、少なくとも１の要素の値が異なる。ある冗長信号ｒのシフト回数を変えて上述の処理を繰り返すことで、予め用意した異なる複数の冗長信号ｒについて上述の処理を繰り返した場合と同様に、ベースバンド信号のＰＡＰＲを低減することが可能になる。

コントローラ２０は、挿入部１３、ＩＦＦＴ部１４、合成部１５、および判定部１６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。

ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致する場合には、判定部１６は、ベースバンド信号を送信部１７に送る。判定部１６は、予め用意した全ての冗長信号ｒについて上述の処理を繰り返し、最もＰＡＰＲが低いベースバンド信号を検出するように、またはＰＡＰＲが所定の値より小さいベースバンド信号を検出するように構成することができる。また判定部１６は、挿入部１３における冗長信号ｒ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が低いベースバンド信号を検出するように構成することができる。

送信部１７は、受け取ったベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３６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５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、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、変調信号ｄの任意に定めた位置に所定のデータの集合である冗長信号ｒの要素を挿入し、要素数がＦＦＴサイズに一致する挿入後データを生成する（ステップＳ１２０）。ＩＦＦＴ部１４は、挿入後データのＩＦＦＴを行う（ステップＳ１３０）。合成部１５は、ＩＦＦＴ部１４の演算結果を合成してベースバンド信号を生成する（ステップＳ１４０）。

判定部１６は、ベースバンド信号のＰＡＰＲを算出し、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する（ステップＳ１５０）。ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致しない場合には（ステップＳ１６０：Ｎ）、ステップＳ１２０に戻って、異なる冗長信号ｒについて上述の処理を繰り返す。ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致する場合には（ステップＳ１６０：Ｙ）、送信部１７は、所定の基準に合致するベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３６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Ｓ１７０）。ステップＳ１７０の送信処理が完了すると、処理を終了する。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３５は、アンテナ１０および送受信切替部３６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３４に送る。ＦＦＴ部３４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、変換後データを抽出部３３に送る。

抽出部３３は、変換後データの任意に定めた位置にある要素を抽出し、抽出した要素から成る抽出後データを生成し、並直列変換部３２に送る。任意に定めた位置とは、送信側で生成した挿入後データにおける変調信号ｄの要素の位置である。上述のとおり、当該位置は、送信側と受信側で位置の情報が共有されていれば、任意に決めることができる。

並直列変換部３２は、抽出後データを並直列変換し、復調部３１に送る。復調部３１は、並直列変換された抽出後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６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３５は、アンテナ１０および送受信切替部３６を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成し、直並列変換を行う（ステップＳ２１０）。ＦＦＴ部３４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Ｓ２２０）。抽出部３３は、変換後データの任意に定めた位置にある要素を抽出し、抽出後データを生成する（ステップＳ２３０）。並直列変換部３２は、抽出後データを並直列変換し、復調部３１は、並直列変換された抽出後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Ｓ２４０）。

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ｄに冗長信号ｒの要素を挿入して生成した挿入後データに基づきベースバンド信号を生成することを、所定の基準を満たすベースバンド信号を検出するまで異なる冗長信号ｒについて繰り返すことで、ＰＡＰＲを低減することが可能となる。また異なる冗長信号ｒについて上述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。

（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、上述のような挿入処理を行わずに、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、それぞれの要素数が１０２４である変調信号ｄおよび冗長信号ｒを用いて、変調信号ｄの各要素と冗長信号ｒの各要素が交互に位置するように、変調信号ｄの各要素の直後に冗長信号ｒの各要素を順に挿入して生成した挿入後データを用いてシミュレーションを行う。冗長信号ｒとしてＣＡＺＡＣ系列を用いる。図７は、実施の形態に係る通信機における挿入後データの信号点配置図の例を示す図である。挿入後データの各要素の位相はＱＰＳＫの信号点配置図と比べて分散していることがわかる。

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。

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に示す範囲において、従来技術のＢＥＲと本実施の形態に係る発明のＢＥＲはほぼ同じであることがわかる。

他の例として、冗長信号ｒとしてＰＮ系列を用い、上述のシミュレーションと同様に変調信号ｄの各要素の直後に冗長信号ｒの各要素を順に挿入して生成した挿入後データを用いてシミュレーションを行う。図１０は、実施の形態に係る通信機における挿入後データの信号点配置図の例を示す図である。図１０（ａ）は、冗長信号ｒとしてＰＮ系列を用いた場合の挿入後データの信号点配置図であり、図１０（ｂ）は、冗長信号ｒとしてＰＮ系列の各要素についてπ／４だけ位相を回転させたデータまたはＰＮ系列の各要素について−π／４だけ位相を回転させたデータを用いた場合の挿入後データの信号点配置図である。

図１１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。図１０（ａ）に示すように冗長信号ｒとしてＰＮ系列を用いて上述のシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。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。

ＢＥＲについても同様にシミュレーションを行った。図１２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、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１２に示す範囲において、従来技術のＢＥＲと本実施の形態に係る発明のＢＥＲはほぼ同じであることがわかる。

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、冗長信号ｒにＣＡＺＡＣ系列を用いて生成した挿入後データに基づくベースバンド信号のＰＡＰＲは２７．３６ｄＢであった。また冗長信号ｒにＰＮ系列を用いて生成した挿入後データに基づくベースバンド信号のＰＡＰＲは２７．１１ｄＢであり、冗長信号ｒにＰＮ系列の各要素をπ／４だけ位相回転したデータを用いて生成した挿入後データに基づくベースバンド信号のＰＡＰＲも２７．１１ｄＢ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、いずれの冗長信号ｒを用いても、従来技術と比べて低減されている。

また図３（ｃ）〜（ｆ）に示すように、冗長信号ｒの要素の挿入位置を変えてシミュレーションを行ったところ、ＰＡＰＲの低減の程度が僅かではあるが変化した。

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ｄに冗長信号ｒの要素を挿入して生成した挿入後データに基づきベースバンド信号を生成することを、所定の基準を満たすベースバンド信号を検出するまで異なる冗長信号ｒについて繰り返すことで、ＰＡＰＲを低減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に冗長信号ｒの要素を挿入したが、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に冗長信号ｒの要素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。

挿入部１３が用いる冗長信号ｒは、ＣＡＺＡＣ系列やＰＮ系列などの自己相関特性を有するデータ系列に限られず、ランダム信号であってもよい。挿入部１３は、例えば各要素の位相にばらつきがある複数のランダム信号を冗長信号ｒとして用いるように構成してもよい。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３４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合成部
１６判定部
１７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抽出部
３４ＦＦＴ部
３５受信部
３６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、
所定のデータの集合である冗長信号に基づき、前記変調信号の各要素と、所定の方向に所定の回数だけデータのシフトを行った前記冗長信号の各要素とが交互に位置し、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ＩＦＦＴ手段と、
前記ＩＦＦＴ手段の演算結果を合成してベースバンド信号を生成する合成手段と、
前記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を満たすか否かを判断する判定手段と、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号を検出するまで、前記所定の回数を変えて、前記挿入手段、前記ＩＦＦＴ手段、前記合成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、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号に基づき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、前記冗長信号として、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列を用いることを特徴とする請求項１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、
所定の方向にシフトされた冗長信号の各要素と変調信号の各要素とが交互に位置する周波数領域のデータに基づいて生成された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、
前記冗長信号の要素が挿入された位置に応じた前記変換後データの定めた位置にある要素を抽出し、抽出した該要素から成る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。
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、
所定のデータの集合である冗長信号に基づき、前記変調信号の各要素と、所定の方向に所定の回数だけデータのシフトを行った前記冗長信号の各要素とが交互に位置し、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ＩＦＦＴステップと、
前記ＩＦＦＴステップの演算結果を合成してベースバンド信号を生成する合成ステップと、
前記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を満たすか否かを判断する判定ステップと、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号を検出するまで、前記所定の回数を変えて、前記挿入ステップ、前記ＩＦＦＴステップ、前記合成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、
前記所定の基準を満たす前記ベースバンド信号に基づき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、前記冗長信号として、データのシフトを行っていない同じデータ系列との間の自己相関値が、データの任意のシフトを行ったデータ系列との間の自己相関値に比べて高い、自己相関特性を有する任意のデータ系列を用いることを特徴とする請求項４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、
所定の方向にシフトされた冗長信号の各要素と変調信号の各要素とが交互に位置する周波数領域のデータに基づいて生成された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、
前記冗長信号の要素が挿入された位置に応じた前記変換後データの定めた位置にある要素を抽出し、抽出した該要素から成る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。