JP6160906B2

JP6160906B2 - 送信装置および送信方法

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Publication number: JP6160906B2
Application number: JP2013086465A
Authority: JP
Inventors: 金本　英樹; 英樹金本; 須藤　浩章; 浩章須藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: JP2014212385A

Description

本発明は、複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で配置した無線信号を送信する送信装置および送信方法に関する。

従来、複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で配置したＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号を送信する送信装置が知られている。このような送信装置は、図１Ａに示すように、帯域端のガードバンドにサブキャリアを配置しないようにすることで、サイドローブ（帯域外漏洩電力）を抑える技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

その一方で、周波数帯域をさらに効率的に利用するため、図１Ｂに示すように、ガードバンドを犠牲にして、帯域端にサブキャリア（太線で示す部分）を配置する技術も考えられる。

特開２０１２−１９４２０号公報

しかしながら、図１Ｂに示すように帯域端にサブキャリアを配置した場合、サイドローブが大きくなってしまい、ガードバンドを超えて他通信システムの受信性能に悪影響を与えてしまう、という課題がある。

本発明の目的は、帯域端にサブキャリアを配置した場合においてサイドローブを抑圧できる送信装置および送信方法を提供することである。

本発明の一態様に係る送信装置は、複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で第１帯域端から第２帯域端まで配置した無線信号を送信する送信装置であって、前記複数のサブキャリアのうち、周波数帯域の上端および下端の一方である前記第１帯域端のサブキャリアを選択する第１帯域端選択部と、前記複数のサブキャリアのうち、前記周波数帯域の上端および下端の他の一方である前記第２帯域端のサブキャリアを選択する第２帯域端選択部と、前記複数のサブキャリアのうち、前記第１帯域端と前記第２帯域端の間である帯域端間のサブキャリアを選択する帯域端間選択部と、前記第１帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、乗算区間長が所定の長さである第１窓関数を乗算する第１窓関数乗算部と、前記帯域端間のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短い乗算区間長である第２窓関数を乗算する第２窓関数乗算部と、前記第２帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短く、かつ、前記第２窓関数の乗算区間長より長い乗算区間長を持つ第３窓関数を乗算する第３窓関数乗算部と、を有する構成を採る。

本発明の一態様に係る送信方法は、複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で第１帯域端から第２帯域端まで配置した無線信号を送信する送信方法であって、前記複数のサブキャリアのうち、周波数帯域の上端および下端の一方である前記第１帯域端のサブキャリアを選択する第１帯域端選択ステップと、前記複数のサブキャリアのうち、前記周波数帯域の上端および下端の他の一方である前記第２帯域端のサブキャリアを選択する第２帯域端選択ステップと、前記複数のサブキャリアのうち、前記第１帯域端と前記第２帯域端の間である帯域端間のサブキャリアを選択する帯域端間選択ステップと、前記第１帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、乗算区間長が所定の長さである第１窓関数を乗算する第１窓関数乗算ステップと、前記帯域端間のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短い乗算区間長である第２窓関数を乗算する第２窓関数乗算ステップと、前記第２帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短く、かつ、前記第２窓関数の乗算区間長より長い乗算区間長を持つ第３窓関数を乗算する第３窓関数乗算ステップと、を有する。

本発明は、帯域端にサブキャリアを配置した場合においてサイドローブを抑圧できる。

従来の送信装置におけるサブキャリア配置とサイドローブの大きさの各例を示す図本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成例を示すブロック図本発明の実施の形態１に係る周波数帯域の区分の一例を示す図本発明の実施の形態１に係る送信装置のＯＦＤＭシンボルの各例を示す図本発明の実施の形態１に係る送信装置によってサイドローブが抑圧された状態の一例を示す図本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成例を示すブロック図本発明の実施の形態３に係る送信装置の構成例を示すブロック図本発明の実施の形態３に係る送信装置によって振幅制御が行われた状態の一例を示す図本発明の実施の形態３に実施の形態１を適用したときにおける帯域端のサブキャリアの状態の一例を示す図

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００（本発明の送信装置の一例）の構成例を示すブロック図である。送信装置１００は、例えば、基地局である。

図２において、送信装置１００は、多重部１０、変調部１１、Ｓ／Ｐ１２、帯域選択部１３、１４、ＩＦＦＴ部１５、１６、ＣＰ付加部１７、１８、窓関数乗算部１９、２０、送信部２１、アンテナ２２、帯域選択制御部２３、および選択帯域情報生成部２４を有する。

多重部１０は、後述する選択帯域情報生成部２４からのデータを、送信対象のデータと多重する。

変調部１１は、多重部１０からのデータを変調する。変調方式は、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等が用いられる。

Ｓ／Ｐ１２は、変調部１１からのデータを並列化し、複数のサブキャリアとして出力する。

帯域選択部１３、１４は、それぞれ、Ｓ／Ｐ１２から出力された複数のサブキャリアから、帯域選択制御部２３から指示された周波数帯域のサブキャリアを選択する。帯域選択部１３は、例えば、帯域端のサブキャリアを選択する。その一方、帯域選択部１４は、例えば、２つの帯域端の間（以下、「帯域端間」という）のサブキャリアを選択する。

ここで、周波数帯域の区分の一例を図３に示す。図３において、ａ、ｃは、帯域選択部１３によって選択される帯域端であり、ｂは、帯域選択部１４によって選択される帯域端間である。帯域端ａ、ｃは、ガードバンドの一部と重複する。なお、帯域端ａのサブキャリアと帯域端ｃのサブキャリアは、サイドローブ低減に関する要求仕様が同じである。

ＩＦＦＴ部１５、１６は、それぞれ、帯域選択部１３、１４にて選択されたサブキャリアをＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理する。これにより、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

ＣＰ付加部１７、１８は、それぞれ、ＩＦＦＴ部１５、１６にて生成されたＯＦＤＭシンボルにＣＰ（サイクリックプレフィックス）を付加する。このとき、例えば、ＩＦＦＴ処理された信号の末尾から一定部分が、ＣＰとして、そのＩＦＦＴ処理された信号の先頭に付加される。ＣＰは、ＯＦＤＭシンボルの複製であり、ＯＦＤＭを用いた通信において遅延波が受信された場合に受信品質を向上させるために用いられる。一般に、時間軸上で長いＣＰが設けられているほど、受信されたＯＦＤＭシンボルから遅延波の影響を除去し易くなり、受信品質が向上する。

窓関数乗算部１９、２０は、それぞれ、ＣＰ付加部１７、１８にてＣＰが付加されたＯＦＤＭシンボルに窓関数を乗算する。窓関数は、例えば、Ｈ（ｔ）＝０．５−０．５×ｃｏｓ（２π×ｔ／ｗ）である。ｗは、窓関数乗算区間長であり、窓関数の時間軸上での長さを示している。また、ｗはｔ以上の値であり、ｔは０以上の値である。窓関数は、所望の帯域外の信号を抑圧する関数であり、本実施の形態では、帯域端に配置されるサブキャリアによって生じるサイドローブの抑圧に用いられる。ここで、窓関数の乗算区間長ｗが短いほど、信号が抑圧される期間が短くなる一方、信号の振幅の時間軸上における変化が急峻になる。時間軸上における振幅の急峻な変化は周波波数軸上ではより広い周波数帯における信号の重ねあわせに対応する。したがって、乗算区間長ｗが短い窓関数を用いるほど、信号の受信品質は良くなる一方、サイドローブは広がることとなる。

本実施の形態では、この窓関数の性質を踏まえ、窓関数乗算部１９、２０にて、異なるｗを用いることで、異なる窓関数で乗算を行う。すなわち、窓関数乗算部１９は、ｗをＣＰ長（ＣＰ全体の長さ）とした窓関数（以下、「第１窓関数」という）を用いて乗算する。一方、窓関数乗算部２０は、ｗをＣＰ長の１／２とした窓関数（以下、「第２窓関数」という）を用いて乗算する。このときのＯＦＤＭシンボルの例を図４に示す。図４において、（１）は、窓関数を乗算していないＯＦＤＭシンボルを示している。（２）は、第１窓関数を乗算したＯＦＤＭシンボルを示している。（３）は、第２窓関数を乗算したＯＦＤＭシンボルを示している。

送信部２１は、窓関数乗算部１９、２０のそれぞれからの出力信号が１つに合成された信号を入力し、デジタル／アナログ変換、直交変調を行うことで、ベースバンド信号を得る。そして、送信部２１は、得られたベースバンド信号を、無線信号に周波数アップコンバートし、アンテナ２２から送信する。

帯域選択制御部２３は、帯域選択部１３に対して、帯域選択部１３が選択すべき周波数帯域（以下、「帯域端周波数」という）を指示する。帯域端周波数は、例えば、図３に示す帯域端ａ、ｃの周波数帯域である。また、帯域選択制御部２３は、帯域選択部１４に対して、帯域選択部１４が選択すべき周波数帯域（以下、「帯域端間周波数」という）を指示する。帯域端間周波数は、例えば、図３に示す帯域端間ｂの周波数帯域である。なお、帯域端周波数および帯域端間周波数は、予め定められた値であってもよいし、適宜変更される値であってもよい。

また、帯域選択制御部２３は、帯域端周波数および帯域端間周波数の指示を行った場合、それらを選択帯域情報生成部２４へ通知する。

選択帯域情報生成部２４は、帯域選択制御部２３から通知された帯域端周波数および帯域端間周波数を示すデータ（以下、「選択帯域情報」という）を生成し、多重部１０へ通知する。上述したとおり、多重部１０は、選択帯域情報を、送信対象のデータと多重する。これにより、送信装置１００は、どの周波数帯域を選択したのかを受信側へ通知することができる。

以上説明したように、本実施の形態の送信装置１００は、帯域端のサブキャリアには第１窓関数を乗算し、帯域端間のサブキャリアには第２窓関数を乗算することを特徴とする。これにより、本実施の形態の送信装置１００は、図５に示すように、帯域端にサブキャリアを配置した場合においてサイドローブを抑圧できる。すなわち、送信装置１００は、帯域端にサブキャリアを配置することで伝送容量を増加することができ、かつ、帯域端のサブキャリアには第１窓関数を乗算してサイドローブを抑圧することで、隣接する通信システムへの影響を抑えることができる。また、送信装置１００は、帯域端間のサブキャリアに第２窓関数を乗算することで、受信品質を劣化させずに、周波数の利用効率を向上できる。

また、本実施の形態の送信装置１００は、サイドローブ要求が同じ帯域端のサブキャリアをまとめて第１窓関数により乗算することで、装置構成を簡略化し、回路規模および消費電流を削減できる。また、第１窓関数および第２窓関数に適用するｗは、第１窓関数のｗよりも第２窓関数のｗが短い状態であれば、ＣＰ長あるいはＣＰ長の１／２に限らない。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る送信装置１０１（本発明の送信装置の一例）の構成例を示すブロック図である。送信装置１０１は、例えば、基地局である。

図６において、送信装置１０１は、図１に示す送信装置１００と比較して、帯域選択部１３、ＩＦＦＴ部１５、ＣＰ付加部１７、および窓関数乗算部１９の代わりに、帯域選択部２５、２６、ＩＦＦＴ部２７、２８、ＣＰ付加部２９、３０、および窓関数乗算部３１、３２を有する点が異なる。以下では、送信装置１００と共通の構成についての説明は省略し、異なる構成のみについて説明する。

帯域選択部２５、２６は、それぞれ、Ｓ／Ｐ１２から出力された複数のサブキャリアから、帯域選択制御部２３からの指示に基づいて周波数帯域のサブキャリアを選択する。帯域選択部２５は、例えば、２つの帯域端のうちの帯域上端のサブキャリアを選択する。帯域上端は、例えば、図３に示す帯域端ｃである。その一方、帯域選択部２６は、例えば、２つの帯域端のうちの帯域下端のサブキャリアを選択する。帯域下端は、例えば、図３に示す帯域端ａである。なお、帯域端ａのサブキャリアと帯域端ｃのサブキャリアは、サイドローブ低減に関する要求仕様が異なる。

ＩＦＦＴ部２７、２８は、それぞれ、帯域選択部２５、２６にて選択されたサブキャリアをＩＦＦＴ処理し、ＯＦＤＭシンボルを生成する。

ＣＰ付加部２９、３０は、それぞれ、ＩＦＦＴ部２７、２８にて生成されたＯＦＤＭシンボルにＣＰを付加する。ここでのＣＰの付加方法は、実施の形態１と同じである。

窓関数乗算部３１、３２は、それぞれ、ＣＰ付加部２９、３０にてＣＰが付加されたＯＦＤＭシンボルに窓関数を乗算する。ここでの窓関数の式は、実施の形態１と同じである。

ここで、窓関数乗算部３１、３２は、異なるｗを用いることで、異なる窓関数で乗算を行う。すなわち、窓関数乗算部３１は、ｗをＣＰ長とした窓関数、すなわち第１窓関数を用いて乗算する。一方、窓関数乗算部３２は、ｗをＣＰ長の３／４とした窓関数（以下、「第３窓関数」という）を用いて乗算する。

送信部２１は、窓関数乗算部２０、３１、３２のそれぞれからの出力信号が１つに合成された信号を入力し、デジタル／アナログ変換、直交変調を行うことで、ベースバンド信号を得る。そして、送信部２１は、得られたベースバンド信号を、無線信号に周波数アップコンバートし、アンテナ２２から送信する。

帯域選択制御部２３は、帯域選択部２５に対して、帯域選択部２５が選択すべき周波数帯域（以下、「帯域上端周波数」という）を指示する。帯域上端周波数は、例えば、図３に示す帯域端ｃの周波数帯域である。また、帯域選択制御部２３は、帯域選択部２６に対して、帯域選択部２６が選択すべき周波数帯域（以下、「帯域下端周波数」という）を指示する。帯域下端周波数は、例えば、図３に示す帯域端ａの周波数帯域である。また、実施の形態１と同じく、帯域選択制御部２３は、帯域選択部１４に対して、帯域端間周波数（図３に示す帯域端間ｂの周波数帯域）を指示する。なお、帯域上端周波数と帯域下端周波数は、予め定められた値であってもよいし、適宜変更される値であってもよい。

また、帯域選択制御部２３は、帯域上端周波数、帯域端間周波数、および帯域下端周波数の指示を行った場合、それらを選択帯域情報生成部２４へ通知する。

選択帯域情報生成部２４は、帯域選択制御部２３から通知された帯域上端周波数、帯域端間周波数、および帯域下端周波数を示す選択帯域情報を生成し、多重部１０へ通知する。

以上説明したように、本実施の形態の送信装置１０１は、帯域上端のサブキャリアには第１窓関数を乗算し、帯域端間のサブキャリアには第２窓関数を乗算し、帯域下端のサブキャリアには第３窓関数を乗算することを特徴とする。これにより、本実施の形態の送信装置１０１は、２つの帯域端でサイドローブ要求が異なる場合でも、各要求を満足する窓関数をそれぞれ用いることで、上記実施の形態１と同じ効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る送信装置１０２（本発明の送信装置の一例）の構成例を示すブロック図である。送信装置１０２は、例えば、基地局である。

図７において、送信装置１０２は、図１に示す送信装置１００と比較して、帯域選択部１３とＩＦＦＴ部１５の間に、振幅制御部３３を有する点が異なる。以下では、送信装置１００と共通の構成についての説明は省略し、異なる構成のみについて説明する。

振幅制御部３３は、帯域選択部１３にて選択された信号の振幅を所定量（例えば、半分）減少させ、ＩＦＦＴ部１５へ出力する。振幅が制御された例を図８に示す。図８に示すように、振幅制御部３３は、帯域端ａ、ｃのサブキャリアの振幅を、帯域端間ｂのサブキャリアの振幅の半分に減少させている。

なお、振幅制御部３３は、サイドローブを抑えつつ、かつ、誤りなく伝送が可能な値を限度として、振幅を減少させることが好ましい。また、変調部１１にて、誤りなく伝送可能な変調方式を採用するのが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態の送信装置１０２は、帯域端のサブキャリアには第１窓関数を乗算し、帯域端間のサブキャリアには第２窓関数を乗算することに加え、帯域端のサブキャリアの振幅を減少させることを特徴とする。これにより、本実施の形態の送信装置１０２は、サイドローブをさらに抑圧することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記説明は一例であり、種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

例えば、上記実施の形態１〜３では、図３に示すように１つのＯＦＤＭ信号帯域を処理対象として説明したが、離散的に配置された複数のＯＦＤＭ信号帯域を処理対象とすることも可能である。

また、例えば、上記実施の形態３では、２つの帯域端のサブキャリアの振幅を減少させたが、いずれか一方の帯域端のサブキャリアの振幅だけを減少させてもよい。

また、例えば、上記実施の形態１では、帯域の最も端に配置された各サブキャリアについて乗算区間長の長い第１窓関数を適用したが、これに限られるものではない。両端のサブキャリアのみではなく、各帯域端のＮ個（Ｎ＞１）のサブキャリアについて第１窓関数を適用してもよい。これにより、実施の形態１よりも更にサイドローブを抑圧することができる。

また、例えば、上記実施の形態２では、帯域上端および帯域下端それぞれの最も端に配置されたサブキャリアのみに乗算区間長の長い第１窓関数および第３窓関数を適用したが、これに限られるものではない。帯域上端および帯域下端それぞれ複数のサブキャリアについて乗算区間長の長い窓関数を適用してもよい。また、この際、帯域上端と帯域下端とで乗算区間長の長い窓関数を適用するサブキャリアの数を異ならせてもよい。

また、例えば、上記実施の形態３では、帯域端のサブキャリアだけの振幅を減少させたが、帯域端のサブキャリアだけでなく、そのサブキャリアから数えてＮ番目（Ｎ＞１）までのサブキャリアの振幅を減少させるようにしてもよい。

また、帯域端から複数のサブキャリアについてサイドローブの抑圧を図る場合、上記実施の形態１〜３のうちの複数を併用してもよい。例えば、図９は、帯域端の最も端に配置されたサブキャリアに対して実施の形態３を適用し、帯域端から２番目のサブキャリアに対して実施の形態１を適用したときの様子を示す。なお、上記実施の形態１〜３のうちでは、振幅と窓関数の両方を調整する実施の形態３が最もサイドローブを抑圧する効果が高い。一般的に、帯域の端に位置するサブキャリアほどサイドローブへの影響が大きいため、上記実施の形態１〜３を併用する場合には、より帯域端に位置するサブキャリアに対して実施の形態３を適用することが望ましい。

また、例えば、上記実施の形態３で説明した振幅制御部３３は、図６に示す送信装置１０１に対して適用してもよい。その場合、振幅制御部３３は、例えば、帯域選択部２５とＩＦＦＴ部２７の間に備えられることが好ましい。

また、例えば、上記実施の形態１〜３では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連係においてソフトウェアで実現することも可能である。

本発明は、ＯＦＤＭ信号の無線送信を行う技術全般に適用することができる。

１０多重部
１１変調部
１２Ｓ／Ｐ
１３、１４、２５、２６帯域選択部
１５、１６、２７、２８ＩＦＦＴ部
１７、１８、２９、３０ＣＰ付加部
１９、２０、３１、３２窓関数乗算部
２１送信部
２２アンテナ
２３帯域選択制御部
２４選択帯域情報生成部
３３振幅制御部
１００、１０１、１０２送信装置

Claims

複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で第１帯域端から第２帯域端まで配置した無線信号を送信する送信装置であって、
前記複数のサブキャリアのうち、周波数帯域の上端および下端の一方である前記第１帯域端のサブキャリアを選択する第１帯域端選択部と、
前記複数のサブキャリアのうち、前記周波数帯域の上端および下端の他の一方である前記第２帯域端のサブキャリアを選択する第２帯域端選択部と、
前記複数のサブキャリアのうち、前記第１帯域端と前記第２帯域端の間である帯域端間のサブキャリアを選択する帯域端間選択部と、
前記第１帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、乗算区間長が所定の長さである第１窓関数を乗算する第１窓関数乗算部と、
前記帯域端間のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短い乗算区間長である第２窓関数を乗算する第２窓関数乗算部と、
前記第２帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短く、かつ、前記第２窓関数の乗算区間長より長い乗算区間長を持つ第３窓関数を乗算する第３窓関数乗算部と、
を有する送信装置。
前記第１帯域端は前記周波数帯域の下端であり、前記第２帯域端は前記周波数帯域の上端である、
請求項１記載の送信装置。
前記第１帯域端選択部で選択された前記第１帯域端および前記第２帯域端選択部で選択された前記第２帯域端の少なくとも一方の振幅を減少させる振幅制御部をさらに有する、
請求項１または２記載の送信装置。
前記第１帯域端選択部で選択された前記第１帯域端および前記第２帯域端選択部で選択された前記第２帯域端の周波数帯域を示すデータと、前記帯域端間選択部で選択された前記帯域端間の周波数帯域を示すデータとを、送信対象のデータと多重する多重部をさらに有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の送信装置。
前記送信シンボルは、ＯＦＤＭシンボルであり、
前記第１窓関数の乗算区間長は、前記送信シンボルに付加されるサイクリックプレフィックスの長さである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の送信装置。
複数のサブキャリアを所定の周波数間隔で第１帯域端から第２帯域端まで配置した無線信号を送信する送信方法であって、
前記複数のサブキャリアのうち、周波数帯域の上端および下端の一方である前記第１帯域端のサブキャリアを選択する第１帯域端選択ステップと、
前記複数のサブキャリアのうち、前記周波数帯域の上端および下端の他の一方である前記第２帯域端のサブキャリアを選択する第２帯域端選択ステップと、
前記複数のサブキャリアのうち、前記第１帯域端と前記第２帯域端の間である帯域端間のサブキャリアを選択する帯域端間選択ステップと、
前記第１帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、乗算区間長が所定の長さである第１窓関数を乗算する第１窓関数乗算ステップと、
前記帯域端間のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短い乗算区間長である第２窓関数を乗算する第２窓関数乗算ステップと、
前記第２帯域端のサブキャリアを基に生成した送信シンボルに対して、前記第１窓関数の乗算区間長よりも短く、かつ、前記第２窓関数の乗算区間長より長い乗算区間長を持つ第３窓関数を乗算する第３窓関数乗算ステップと、
を有する送信方法。