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JP6400033B2 - 送信装置、受信装置および通信システム - Google Patents

送信装置、受信装置および通信システム Download PDF

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Description

本発明は、シングルキャリア伝送を行う送信装置、受信装置および通信システムに関する。
デジタル通信システムにおいて、送信信号が建物などに反射して起こるマルチパスフェージングまたは端末の移動によって起こるドップラ変動によって、伝送路の周波数選択性と時間変動が発生する。このようなマルチパス環境において、受信信号は送信シンボルと遅延時間が経って届くシンボルと干渉した信号となる。
このような周波数選択性のある伝送路において、最良の受信特性を得るため、シングルキャリア(Single Carrier:SC)伝送を用いてCP(Cyclic Prefix)を付加する方式が近年注目を集めている。例えば、下記非特許文献1を参照されたい。シングルキャリア伝送は、マルチキャリア(Multiple Carrier:MC)ブロック伝送であるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送に比べピーク電力を低くすることができる。
SC伝送を行う送信機は、マルチパスフェージング対策として、CPの挿入処理を実施する。CP挿入処理とは、一定数のシンボルのうち後ろのシンボルをコピーして、一定数のシンボルの前に付加する処理である。送信機は、CP挿入処理後のデータであるブロックを、フィルタ処理により時間領域波形に変換する。本明細書において、送信処理の出力においてシンボル間隔をTとし、Tの単位は一般的に秒である。
下記非特許文献1に示されているように、SC伝送を行う送信機から送信された信号を受信する受信機は、フィルタ処理を含む受信処理、サンプリング、CP除去、FFT(Fast Fourier Transform)処理、FDE(Frequency Domain Equalization)およびIFFT(Inverse FFT)処理を行った後に、復調を行う。
David Falconer, Sirikiat Lek Ariyavisitakul, Anader Benyamin-Seeyar, Brian Eidson,,"Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Wireless Systems",IEEE Communications Magazine, Apr. 2002,pp.58−66.
上記従来のSC伝送の技術によれば、送信ピーク電力を抑圧している。しかしながら、マルチパス伝送路において、分数間隔の遅延時間の遅延波が存在する場合、ブロック間干渉が発生し、周波数等化のみでは干渉を除去できない。このため、受信機における復調精度が劣化する。なお、分数間隔の遅延時間とは、シンボル間隔Tの整数倍でない遅延時間のことをいう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シンボル間隔の整数倍でない遅延時間の遅延波が存在する場合でも、ブロック間干渉を抑圧し、復調精度の劣化を抑制することができる送信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、本発明にかかる送信装置は、1ブロックあたり第1の個数のデータシンボルを生成するシンボル生成部と、第1の個数のデータシンボル内の第1の位置に第1のシンボル群を挿入し、第1の個数のデータシンボル内の第2の位置に第2のシンボル群を挿入して第2の個数のシンボルを出力するシンボル挿入部と、シンボル挿入部から出力される第2の個数のシンボルの末尾の第3の個数のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして第2の個数のシンボルの先頭に付加するCyclic Prefix生成部と、Cyclic Prefixが付加された後の第2の個数のシンボルに対してナイキスト条件を満たすフィルタによるフィルタ処理を行う送信処理部と、を備える。第1のシンボル群は、1ブロック前の第1の個数のデータシンボルの先頭の第4の個数のシンボルであり、第2のシンボル群は、1ブロック前の第1の個数のデータシンボルの末尾の第5の個数のシンボルである。また、第1の位置は、第1のシンボル群の挿入後に、第1のシンボル群の先頭がCyclic Prefixとして複製される第3の個数のシンボルの先頭となる位置であり、第2の位置は、第2のシンボル群の挿入後に、第2のシンボル群の末尾がCyclic Prefixとして複製される第3の個数のシンボルの1つ前となる位置である。
本発明によれば、シンボル間隔の整数倍でない遅延時間の遅延波が存在する場合でも、ブロック間干渉を抑圧し、復調精度の劣化を抑制することが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図 実施の形態1の送信処理部へ入力される連続したCPブロックの一例を示す図 実施の形態1のCPが付加される前のk番目のブロックの構成例を示す図 実施の形態1のk番目のブロックにCPが付加されたCPブロックの構成例を示す図 マルチパス伝送路の一例を示す図 実施の形態1のシンボル挿入部にシンボル生成部から入力されるシンボルであり、k番目のブロックを構成するシンボルの一例を示す図 実施の形態1のシンボル挿入部により過去のシンボルが挿入された後のk番目のブロックの一例を示す図 図7に示したブロックにCPを付加した後のCPブロックの一例を示す図 実施の形態1の過去のシンボルを挿入せずにCPを付加した場合のCPブロックの一例を示す図 実施の形態1のCPブロックの一例を示す図 専用のハードウェアとして実現される実施の形態1の回路の構成例を示す図 実施の形態1の制御回路の構成例を示す図 実施の形態2のブロック内のシンボルが全て既知信号の場合のCPブロックの一例を示す図 k番目のCPブロックが図13に示したCPブロックである場合の(k−1)番目のCPブロックの構成例を示す図 実施の形態2の既知信号で構成されるCPブロックとデータシンボルで構成されるCPブロックと送信シーケンスの一例を示す図 実施の形態2の送信機の構成例を示す図 実施の形態2のシンボル挿入部の構成例を示す図 実施の形態3の受信装置である受信機の構成例を示す図 専用のハードウェアとして実現される実施の形態3の回路の構成例を示す図 実施の形態3の制御回路の構成例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる送信装置、受信装置および通信システム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.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる送信装置の構成例を示す図である。図1に示すように、本発明にかかる送信装置である送信機10は、シンボル生成部1、シンボル挿入部2、シンボル選択部3、CP生成部4、送信処理部5および記憶装置6を備える。
本実施の形態では、後述するように、N個のシンボルごとに、CPが付加される。Nは2以上の整数である。CPとして付加されるシンボルの数をNCPとするとき、CPが付加された後のN+NCP個のシンボルをCPブロックと呼ぶ。NCPは1以上の整数である。また、CPブロックのうちCP部分を除いたもの、すなわちCP挿入前のN個のシンボルをブロックと呼ぶ。また、後述するように、本実施の形態では、ブロック内のN個のシンボルのうち、NPR個のシンボルは、過去のシンボル具体的には1つ前のブロックのシンボルである。NPRは2以上の整数である。
シンボル生成部1は、送信対象の情報に基づいて送信するシンボルを生成して出力する。具体的には、シンボル生成部1は、例えば、PSK(Phase Shift Keying)シンボル、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)シンボル等のシンボルを生成して出力する。なお、シンボル生成部1が生成するシンボルは、PSKシンボルまたはQAMシンボルに限定されず、どのようなシンボルであってもよい。また、シンボル生成部1は符号化されたデータを変調してシンボルを生成してもよい。シンボル生成部1は、1ブロックあたり(N−NPR)個のシンボルを生成する。
シンボル挿入部2は、制御信号#1および制御信号#2に従って、シンボル生成部1により生成された(N−NPR)個のシンボルに、記憶装置6に格納されているNPR個の過去のシンボルを挿入して出力する。制御信号#1は、記憶装置6に格納されている過去のシンボルをシンボル生成部1により生成されたシンボルに挿入するか否かを示す制御信号である。制御信号#2は、過去シンボルの挿入位置を示す制御信号、すなわちシンボル生成部1により生成された(N−NPR)個のシンボルのうちどの位置に記憶装置6に格納されているNPR個の過去のシンボルを挿入するかを示す制御信号である。過去のシンボルの挿入方法の詳細については後述するが、NPR個の過去のシンボルのうちN1個のシンボルは、CP挿入において複製される箇所を先頭として連続して配置され、NPR個の過去のシンボルのうちN2個のシンボルは、CPとして挿入される箇所の1つ前のシンボルがN2個のシンボルの最後のシンボルとなるよう連続して配置される。
なお、ここでは、本実施の形態で説明する過去のシンボルを用いてCP挿入を行う方法と、一般的なCP挿入方法である現在処理中のCPブロックのシンボルを用いてCP挿入を行う方法とのうちいずれかを選択可能であり、また、過去のシンボルの挿入位置も変更可能な構成を説明する。このため、図1に示した構成例では、制御信号#1および制御信号#2を用いているが、過去のシンボルを用いてCP挿入を行う方法だけを実施する場合には制御信号#1は不要である。また、過去のシンボルの挿入位置を固定とする場合にも制御信号#2は不要である。制御信号#1および制御信号#2は、例えば、送信機10の外部から送信されてもよいし、送信機10内の図示しない制御回路などから送信されてもよい。例えば、制御回路は図示されない記憶装置に記憶された複数の値を参照し、外部の入力に基づき値を選び、制御信号を生成および送信する。
シンボル選択部3は、制御信号#3に従って、シンボル挿入部2から出力された1ブロックのシンボルのうち先頭のN1個のシンボルを記憶装置6に格納し、シンボル挿入部2から出力されるブロックのうち末尾のN2個のシンボルを記憶装置6に格納する。制御信号#3は、記憶装置6にシンボルを格納するか否かを指示するための制御信号である。制御信号#3に、記憶装置6に格納するシンボルの位置を示す情報を含めてもよい。記憶装置6に格納されたシンボルは、シンボル挿入部2における次のブロックのシンボル挿入処理において、過去のシンボルとして用いられる。また、シンボル選択部3は、シンボル挿入部2から出力された1ブロックのシンボルをCP生成部4へ出力する。
本実施の形態では、制御信号#3により、記憶装置6にシンボルを格納するか否かを選択可能としている。記憶装置6にシンボルを格納するか否かを選択可能としない場合には、制御信号#3は不要である。記憶装置6に格納されるシンボルの位置はあらかじめ定められているとするが、制御信号#3に記憶装置6に格納するシンボルの位置を示す情報を含める場合には、制御信号#3により記憶装置6に格納するシンボルの位置を指定することができる。制御信号#3は、制御信号#1および制御信号#2と同様に、例えば、送信機10の外部から送信されてもよいし、送信機10内の図示しない制御回路などから送信されてもよい。
CP生成部4は、シンボル選択部3から出力された1ブロックのシンボルのうち、末尾のNCP個を複製し、複製したNCP個のシンボルをCPとしてシンボル選択部3から出力された1ブロックのシンボルの先頭に付加する。
送信処理部5は、CP生成部4から順次出力されるCPブロック、すなわちCPが付加された後のブロックに対して送信処理を実施して送信信号を生成し、送信信号を送信する。送信処理部5は、CP生成部4から順次出力されるCPブロックに対して、CPブロック単位の処理ではなく、連続したCPブロックに対して送信処理を実施する。図2は、送信処理部5へ入力される連続したCPブロックの一例を示す図である。図2に示すように、CP生成部4からは、k−1番目のCPブロック、k番目のCPブロック、k+1番目のCPブロック、…というように、CPブロックが連続して入力される。kは、1以上の整数である。
送信処理部5により送信される送信信号は、無線信号であってもよいし、有線回線により伝送される送信信号であってもよい。送信処理部5が実施する送信処理には、例えば、フィルタ処理、デジタルアナログ変換処理および周波数変換処理などが含まれる。
送信処理部5が実施するフィルタ処理としては、送信および受信フィルタにナイキスト条件を満たすフィルタを用いることができる。フィルタ処理は、「斉藤洋一 、「ディジタル無線通信の変復調」、電子情報通信学会、2007年」(以下、参照文献1という)に記載されているように、数式上では畳み込み処理を用いて表すことができる。また、送信処理部5の送信処理において、「J.B.Anderson,F.Rusek and V.Owall,“Faster-Than-Nyquist Signaling”,Proceedings of the IEEE,vol.101,No.8,Aug. 2013,pp.1817−1830.」に記載されているようなFtN(Faster than Nyquist)処理を行っても良い。
次に、本実施の形態のCP付加とシンボル挿入について説明する。図3は、CPが付加される前のk番目のブロックの構成例を示す図である。図4は、k番目のブロックにCPが付加されたCPブロックの構成例を示す図である。図3および図4では、N=8,NCP=3とした例を示している。また、Da,bは、CP生成部4へ入力されるa番目のブロックのb番目のシンボルを示す。a,bは0以上の整数である。図3に示した例では、k番目のブロックはDk,0からDk,7の8個のシンボルで構成される。図4に示すように、図3に示した末尾の3個のシンボルが複製されて、CPとしてブロックの先頭に配置される。
送信および受信フィルタにナイキスト条件を満たすフィルタを用いることにより、シンボル間干渉を抑制することができる。しかしながら、シンボル間隔(シンボル時間ともいう)をTとするとき、1.3Tまたは3.9Tのように、分数間隔の遅延波、すなわちシンボル間隔の非整数倍の遅延時間の遅延波が存在する場合、ナイキスト条件を満たす送受信フィルタを用いても、シンボル間干渉が発生する。
図5は、マルチパス伝送路の一例を示す図である。図5では、送信信号をインパルス信号と想定している。図5の例では、図5の左図の矢印で示したタイミングで送信された信号が、受信側では、先行波1波、および遅延波3波として受信される。遅延波のうち、最初に受信される遅延波は、先行波に対して遅延時間T1だけ遅延し、2番目に受信される遅延波は、先行波に対して遅延時間T2だけ遅延し、3番目に受信される遅延波は、先行波に対して遅延時間T3だけ遅延している。例えば遅延時間T1=1.3Tであったり、T3=3.9Tであったりなどのように、遅延波のうち少なくとも1つが分数間隔で到達する環境を想定すると、送信および受信フィルタにナイキスト条件を満たすフィルタを用いたとしても、シンボル間干渉が存在する。このため、ブロック間干渉も生じてしまい、受信側の復調および復号精度の劣化につながる。
本実施の形態の送信機10は、分数間隔の遅延波が存在する場合にもブロック間干渉を抑制できるように、過去のシンボルを現在処理中のブロック内に挿入する。具体的には、送信機10は、現在処理中のブロックの1つ前のブロックの先頭のN1個のシンボルである第1のシンボル群を、現在処理中のブロックのCPとして複製される箇所が第1のシンボル群の先頭となるように配置する。また、送信機10は、1つ前のブロックの末尾のN2個のシンボルである第2のシンボル群を、現在処理中のブロックのCPとして複製される箇所の1つ前のシンボルが第2のシンボル群の最後のシンボルとなるように、第2のシンボル群を配置する。
図6は、シンボル挿入部2にシンボル生成部1から入力されるシンボルであり、k番目のブロックを構成するシンボルの一例を示す図である。図7は、シンボル挿入部2により過去のシンボルが挿入された後のk番目のブロックの一例を示す図である。また、da,bは、シンボル挿入部2にシンボル生成部1から入力されるa番目のブロックを構成する(N−NPR)個のうちのシンボルのうちのb番目のシンボルを示す。図6および図7では、N=8,NCP=3,N1=1,N2=2としている。図6に点線で示した部分は、シンボル生成部1から入力される段階では存在せず、後段のシンボル挿入部2により過去シンボルが挿入される部分を示している。したがって、実際には、シンボル挿入部2には、シンボル生成部1から1ブロックあたり(N−NPR)=5個のシンボルが入力される。例えば、k番目のブロックに対応するシンボルとしては、dk,0からdk,4の5個のシンボルがシンボル挿入部2へ入力される。
図6および図7で示した例の場合、1つ前のブロックの先頭のN1個のシンボルである第1のシンボル群を、第1のシンボル群の先頭がCPとして複製される位置の先頭となるように、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個のシンボルの間に挿入するためには、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個のシンボルのうち(N−NCP−N2)番目のシンボルの前に第1のシンボル群を挿入すればよい。また、1つ前のブロックの末尾のN2個のシンボルである第2のシンボル群を、CPとして複製される箇所の1つ前のシンボルが第2のシンボル群の最後のシンボルとなるように、第2のシンボル群を配置するには、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個のシンボルのうち(N−NCP−N2−1)番目のシンボルの後に、第2のシンボル群を挿入すればよい。
したがって、シンボル挿入部2は、例えば、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個を、0番目から(N−NCP−N2−1)番目までの(N−NCP−N2)個のシンボルと、(N−NCP−N2)番目から末尾までの(NCP−N1)個のシンボルとに分割し、前者と後者の間に第2のシンボル群および第1のシンボル群を挿入すればよい。図6および図7の例でいうと、N1=1であるからk番目のブロックを生成する処理では、第1のシンボル群はk−1番目のブロックの先頭の1個のシンボルdk-1,0である。また、図6および図7の例では、N2=2あるからk番目のブロックを生成する処理では、第2のシンボル群はk−1番目のブロックの末尾の2個のシンボルdk-1,3,dk-1,4である。N−NCP−N2=8−3−2=3であるから、図6および図7の例では、k番目のブロックに対応する5個のシンボルのうち3番目のシンボルであるdk,3の前にdk-1,0が挿入され、2番目のシンボルであるdk,2の後にN1=1個の第1のシンボル群すなわちdk-1,3,dk-1,4が挿入される。
なお、図7の最上段には、シンボル挿入部2により過去のシンボルが挿入された後のブロックを構成する各シンボルに、先頭から順に番号を振りなおしたシンボルをDa,bとして示している。図2、図3および図4におけるDa,bは図7に示したDa,bと同一である。
図8は、図7に示したブロックにCPを付加した後のCPブロックの一例を示す図である。図8に示すように、図7に示したブロックの末尾のNCP個のシンボルを複製して先頭にCPとして付加する。例えば、k番目のブロックでは、dk-1,0,dk,3,dk,4が複製されてCPとして先頭に付加される。
ここで、本発明の原理および効果を説明する。CPは、ブロック間干渉を除去するための付加されるものであり、CPを付加することにより受信側での等化処理を簡易化させることができる。CPを用いてブロック間干渉を抑制するためには、CPとCPのコピー元となった部分との間で巡回性が保たれる必要がある。しかしながら、前述の様な分数間隔の遅延波が存在する環境において、隣接シンボルからの干渉が起こる場合、単にブロック内の末尾のシンボルをコピーして付加する方法では、CPとCPのコピー元となった部分との間で隣接シンボルからの干渉成分が異なる。このため、CPとCPのコピー元となった部分との間で巡回性が保たれず、ブロック間干渉が発生する。ブロック間干渉が発生すると、受信側において周波数領域における等化処理のみでは干渉除去が不十分となり、復調精度が劣化する。
図9は、過去のシンボルを挿入せずにCPを付加した場合のCPブロックの一例を示す図である。図10は、本実施の形態のCPブロックの一例を示す図である。図9および図10では、N=8,NCP=3としている。また、図10の例では、図7の例と同様に、N1=1,N2=2としている。過去のシンボルの挿入しない図9の例では、k番目のCPブロックの先頭となるdk,5にはdk-1,7からの干渉とdk,6からの干渉とが漏れこむ可能性がある。このように、各シンボルには両側から、隣接シンボルの干渉の影響の可能性があるが、図9および図10では、前側すなわち左側からの干渉を矢印で図示している。一方、CPとして複製される元となった位置のdk,5にはdk,4からの干渉とdk,6からの干渉とが漏れこむ可能性がある。このように、CPとCPのコピー元となった部分との間で干渉源となるシンボルが異なるため、CPとCPのコピー元となった部分との間で巡回性が保証されない。
一方、図10に示すように、過去のシンボルを挿入してCPを付加する本実施の形態では、k番目のCPブロックの先頭となるdk-1,0にはdk-1,4からの干渉とdk,3からの干渉とが漏れこむ可能性がある。また、k番目のCPブロックのCPのコピー元となった部分の先頭のdk-1,0にも、dk-1,4からの干渉とdk,3からの干渉とが漏れこむ可能性がある。このように、本実施の形態では、CPとCPのコピー元となった部分との間で干渉源となるシンボルが同一であるため、CPとCPのコピー元となった部分との間で巡回性が保証される。したがって、受信側で周波数領域等化により等化処理が可能となる。
なお、上記の例において、隣接するシンボルから干渉が漏れこむことを想定したが、実際には隣接するシンボルだけでなく複数のシンボルから干渉が漏れこむ。このような場合、N1およびN2を増やすことで、CPとCPのコピー元となった部分との間で複数のシンボルからの干渉の影響を同一とすることができる。
シンボル挿入部2により過去のシンボルが挿入された後のブロック先頭を0番目として順に番号を振ったk番目のブロックにおけるN個のシンボルDk,bを用いると、シンボル挿入部2による過去シンボル挿入は以下の式(1)および式(2)のように示すことができる。ただし、1≦i≦N1,1≦j≦N2である。
Figure 0006400033
Figure 0006400033
また、0≦b≦(N−NCP−N2−1)についてはDk,b=dk,bであり、N−NCP+N1≦b≦(N−1)については、c=b−NPRとするとき、Dk,b=dk,cである。
したがって、制御信号#3により記憶装置6に格納するシンボルの位置を指定する場合、先頭のN1個のシンボルと、末尾のN2個のシンボルとを格納することを示す情報が制御信号#3に含まれるようにすればよい。また、制御信号#2には、記憶装置6に格納されている1つ前のブロックの先頭のN1個のシンボルを、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個のシンボルのうち(N−NCP−N2)番目のシンボルの前に挿入するよう指示し、1つ前のブロックの末尾のN2個のシンボルを、シンボル生成部1から入力される(N−NPR)個のシンボルのうち(N−NCP−N2−1)番目のシンボルの後に、挿入することを示す情報が含まれるようにすればよい。
以上のように、本実施の形態では、第1の個数を(N−NPR)とし、第2の個数をNとするとき、シンボル生成部1は、1ブロックあたり第1の個数のデータシンボルを生成する。そして、シンボル挿入部2は、第1の個数のデータシンボル内の第1の位置に第1のシンボル群を挿入し、第1の個数のデータシンボル内の第2の位置に第2のシンボル群を挿入して第2の個数のシンボルを出力する。また、第3の個数をとするとき、CP生成部4は、シンボル挿入部2から出力される第2の個数のシンボルの末尾の第3の個数のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして第2の個数のシンボルの先頭に付加する。第4の個数をN1とし、第5の個数をN2とするとき、上述したように、第1のシンボル群は、1ブロック前の第1の個数のデータシンボルの先頭の第4の個数のシンボルであり、第2のシンボル群は、1ブロック前の第1の個数のデータシンボルの末尾の第5の個数のシンボルである。また、第1の位置は、第1のシンボル群の挿入後に、第1のシンボル群の先頭がCyclic Prefixとして複製される第3の個数のシンボルの先頭となる位置であり、第2の位置は、第2のシンボル群の挿入後に、第2のシンボル群の末尾がCyclic Prefixとして複製される第3の個数のシンボルの1つ前となる位置である。
次に、本実施の形態の送信機10のハードウェア構成について説明する。図1に示した送信機10を構成する各構成要素のうち記憶装置6はメモリにより実現される。記憶装置6以外の図1に示した送信機10を構成する各構成要素は、それぞれ回路により構成される。記憶装置6以外の図1に示した送信機10を構成する各構成要素が、それぞれ専用の回路として実現されてもよいし、プロセッサを用いた回路で実現されてもよい。
図1に示した送信機10を構成する各構成要素が専用の回路として実現される場合、各構成要素は、例えば、図11に示す回路である。図11は、専用のハードウェアとして実現される回路の構成例を示す図である。図11に示すように回路100は、外部から入力されたデータを受信する受信部である入力部101と、処理回路102と、メモリ103と、データを外部へ送信する送信器である送信処理部104とを備える。入力部101は、外部から入力されたデータを受信して処理回路に与えるインターフェース回路であり、送信処理部104は、処理回路又はメモリからのデータを外部に送るインターフェース回路である。この場合、処理回路は、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である。
図1に示した構成要素のうちソフトウェアにより実現されるものがある場合、これらの構成要素は、例えば、図12に示す制御回路により実現される。図12は、制御回路200の構成例を示す図である。図12に示すように制御回路200は、外部から入力されたデータを受信する受信器である入力部201と、プロセッサ202と、メモリ203と、データを外部へ送信する送信器である出力部204とを備える。入力部201は、制御回路200の外部から入力されたデータを受信してプロセッサに与えるインターフェース回路であり、出力部204は、プロセッサ202又はメモリ203からのデータを制御回路の外部に送るインターフェース回路である。図1に示した構成要素のうちソフトウェアにより実現される構成要素は、プロセッサ202がメモリ203に記憶された、ソフトウェアにより実現される各々の構成要素に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ202は、プロセッサ202が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
プロセッサ202は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、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、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)等である。メモリ203は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の、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、DVD(Digital Versatile Disk)等が該当する。
以上のように、本実施の形態の送信機10は、現在処理中のブロックの1つ前のブロックの先頭のN1個のシンボルである第1のシンボル群を、現在処理中のブロックのCPとして複製される箇所が第1のシンボル群の先頭となるように配置する。また、本実施の形態の送信機10は、1つ前のブロックの末尾のN2個のシンボルである第2のシンボル群を、現在処理中のブロックのCPとして複製される箇所の1つ前のシンボルが第2のシンボル群の最後のシンボルとなるように、第2のシンボル群を配置するようにした。このため、シンボル間隔の整数倍でない遅延時間の遅延波が存在する場合でも、ブロック間干渉を抑圧し、復調精度の劣化を抑制することができる。
実施の形態2.
次に、本発明にかかる実施の形態2として、既知信号すなわちあらかじめ定められた既知シンボルの系列を含むCPブロックの生成方法について説明する。既知信号は一般的に、伝送路推定、およびブロック同期或いはフレーム同期に用いられる。既知信号としては予め定められた任意の信号を用いることができる。ブロック内のシンボルが全て既知信号の場合、ブロック内の末尾の既知信号のシンボルを複製してCPとして先頭に付加すればよい。図13は、ブロック内のシンボルが全て既知信号の場合のCPブロックの一例を示す図である。図13では、N=8,NCP=3の例であり、k番目のブロックに、既知信号としてpk,0からpk,7の8つのシンボルが生成される例を図示している。
既知信号で構成されるCPブロックの後には、データシンボルすなわちシンボル生成部1で生成されるシンボルで構成されるCPブロック、または既知信号で構成されるCPブロックを送信することができる。CPブロックの後に続くCPブロックが、データシンボルで構成される場合でも、1つ前のCPブロックが既知信号であることから、過去のシンボルとしては既知信号が挿入される。この場合、既知信号で構成されるCPブロックに続くCPブロックがデータシンボルである場合の、該データシンボルのCPブロックの生成方法は、1つ前のCPブロックのシンボルの内容が既知信号であること以外は、実施の形態1と同様である。
一方、既知信号で構成されるCPブロックの1つ前のブロックでは、実施の形態1と同様に、1つ前のブロックのシンボルが配置されるとともに、さらにブロックの先頭と末尾に既知信号の一部が配置される。図14は、k番目のCPブロックが図13に示したCPブロックである場合の(k−1)番目のCPブロックの構成例を示す図である。図14の例では、N=8,NCP=3,N1=1,N2=2であり、実施の形態1と同様に、CPとしてコピーされる部分の先頭に1つ前のブロックすなわち(k−2)番目の先頭のN1個のシンボルが配置される。また、該N1個のシンボルの前には、(k−2)番目のブロックの末尾のN2個のシンボルが配置される。さらに、本実施の形態では、ブロックの先頭にpk,5が挿入され、ブロックの末尾にpk,3,pk,4が配置される。すなわち、図13に示した既知信号のブロックのうちCPとしてコピーされる部分を先頭としたN1個の既知信号のシンボルを(k−1)番目のブロックの先頭に配置し、図13に示した既知信号のブロックのうちCPとしてコピーされる部分の1つ前を末尾とするN2個の既知信号のシンボルを(k−1)番目のブロックの末尾に配置する。これにより、(k−1)番目のブロックと次のブロックであるk番目の図13に示したブロックにおいて、CPとCPとしてコピーされる部分と間の巡回性を保つことができる。
なお、この場合、(k−1)番目のCPブロックにおけるデータシンボルの数は、N−2NPRとなる。したがって、図14の例では、シンボル生成部1により生成される、(k−1)番目のブロック内のシンボルの数は、8−6=2個となる。
図15は、既知信号で構成されるCPブロックとデータシンボルで構成されるCPブロックと送信シーケンスの一例を示す図である。図15の例では、k番目のCPブロックはデータシンボルで構成されるCPブロックである。具体的には、次のCPブロックが既知信号のCPブロックであることから、図14と同様(ただし図14の(k−1)をkに置き換えた)の構成のCPブロックとなる。
図16は、本実施の形態の送信機10aの構成例を示す図である。本実施の形態の送信機10aは、実施の形態1の送信機10に既知信号生成部7を追加し、シンボル挿入部2の替わりにシンボル挿入部2aを備える以外は、実施の形態1の送信機と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
既知シンボル生成部である既知信号生成部7は、既知信号すなわち既知シンボルを生成してシンボル挿入部2aへ出力する。シンボル挿入部2aは、制御信号#4および制御信号#5に従って、記憶装置6に格納された過去のシンボル、または既知信号生成部7から出力される既知信号を、シンボル生成部1から出力されるシンボルへ挿入する。制御信号#4は、既知信号をそのまま出力するか否か、および既知信号の一部を上述したようにブロックの末尾および先頭に挿入するか否かを示す信号である。既知信号をそのまま出力する場合とは、上述した図13のようなCPブロックを生成する場合である。制御信号#5は、実施の形態1の制御信号#2と同様に、過去のシンボルの挿入位置を示す制御信号である。制御信号#4および制御信号#5は、図15に例示したように、CPブロックの送信シーケンスに従って生成される。制御信号#4および制御信号#5は、例えば、送信機10aの外部から送信されてもよいし、送信機10a内の図示しない制御回路などから送信されてもよい。
図17は、本実施の形態のシンボル挿入部2aの構成例を示す図である。図17に示すように、シンボル挿入部2aは、選択装置31およびシンボル挿入処理部32を備える。選択装置31には、既知信号および記憶装置6から読み出された過去のシンボルが入力される。選択装置31は、制御信号#4に従って、既知信号をそのまま出力する場合には、シンボル挿入処理部32に、既知信号をそのまま出力することを示す情報とともに既知信号を出力する。この場合、シンボル挿入処理部32は、既知信号をそのまま出力する。選択装置31は、制御信号#4に従って、既知信号の一部を末尾と先頭に付加する場合には、対応する既知信号と挿入場所を示す情報をシンボル挿入処理部32に出力する。また、選択装置31は、制御信号#4に従って、既知信号を挿入しない場合には、シンボル挿入処理部32へなにも出力しない。シンボル挿入処理部32は、実施の形態1のシンボル挿入部2と同様に、制御信号#5に従ってシンボル生成部1から入力されるシンボルへ過去のシンボルを挿入する。また、シンボル挿入処理部32は、選択装置31からの指示にしたがって、既知信号を挿入する。
以上のように、本実施の形態の送信機10aは、既知シンボルを生成する既知シンボル生成部を備える。Cyclic Prefix生成部4は、既知シンボルで構成されるブロックの末尾の第3の個数すなわちNCP個のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして既知シンボルで構成されるブロックの先頭に付加する。既知シンボルで構成されるブロックの1ブロック前の第2の個数すなわちN個のシンボルの先頭の第4の個数すなわちN1個のシンボルは、既知シンボルで構成されるブロックのCyclic Prefixとして複製される位置の先頭のN1個の既知シンボルである。既知シンボルで構成されるブロックの1ブロック前のN個のシンボルの末尾の第5の個数すなわちN2個のシンボルは、既知シンボルで構成されるブロックのCyclic Prefixとして複製される位置の既知シンボルを末尾とするN2個の既知シンボルである。
送信機10aのハードウェア構成は、実施の形態1の送信機10のハードウェア構成と同様であり、送信機10aを構成する各構成要素は、専用のハードウェアである図11に示した回路100、または図12に示した制御回路200により実現される。
以上のように、本実施の形態の送信機10aは、既知信号を送信する場合にも、実施の形態1と同様にCPとCPとしてコピーされる部分と間の巡回性を保つように、過去のシンボルおよび既知信号を配置するようにした。このため、既知信号を用いる場合に実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
実施の形態3.
図18は、本発明にかかる実施の形態3の受信装置である受信機20の構成例を示す図である。図18に示すように、受信機20は、受信処理部21、CP除去部22、DFT部23、FDE24、IDFT部25、復調部26および伝送路推定部27を備える。受信処理部21は、周波数変換、サンプリング処理、受信フィルタ処理などの受信処理を行う。本実施の形態の受信機20は、実施の形態1の送信機10または実施の形態2の送信機10aとともに通信システムを構成し、実施の形態1の送信機10または実施の形態2の送信機10aから送信された信号を受信する。
CP除去部22は、受信信号からCPを除去する。DFT(Discrete Fourier Transform)部23は、CP除去後の受信信号をDFTによって周波数領域信号に変換して出力する時間周波数変換処理部である。FDE(Frequency Domain Equalizer)24は、DFT部23から出力される周波数領域信号に対して、伝送路推定部27から出力される伝送路推定値を用いて、周波数領域において等化処理を実施する。すなわち、FDE24は、周波数領域信号に対して伝送路推定の結果を用いて、周波数領域信号に対して等化処理を行う等化処理部である。FDE24における等化処理は、非特許文献1または「J.A.C.Bingham,“Multicarrier Modulation for Data Transmission:An Idea Whose Time Has Come”,IEEE Commun.Mag.,vol.28,No.5,May 1990,pp.5−14.」に記載されている方法をはじめとした一般的なFDEを用いることができる。
伝送路推定部27は、CP除去後の受信信号に基づいて伝送路推定を実施し、伝送路推定値をFDE24へ出力する。伝送路推定は任意の一般的な方法を用いて実施することができる。例えば、既知信号を用いて伝送路推定を行っても良い。例えば、非特許文献1に記載されているような伝送路推定手法を用いても良い。又、DFT部の出力を用いて、周波数領域において既知信号を用いて伝送路推定を行っても良い。
IDFT(Inverse DFT)部25は、FDE24による等化処理後の信号をIDFTにより時間領域信号に変換して出力する周波数時間変換処理部である。復調部26は、IDFT部25から出力される信号を復調する。また、送信機1または送信機1aにおいてシンボルが符号化されている場合には、復調部26は、復調後に誤り訂正復号を行ってもよい。復調部26は、各ブロックの復調処理において、各ブロックに含まれる1つ前のブロックの信号も復調しても良い。すなわち、復調部26は、時間領域信号のうち1ブロック前のシンボル(過去のシンボル)に対応する信号と、1ブロック前に対応する受信信号に基づく時間領域信号のうち1ブロック前のシンボル(過去のシンボル)以外のシンボルに対応する信号とを用いて復調してもよい。または、復調部26が、1つ前のブロックの信号は1つ前のブロックの処理において復調されているシンボルなので復調を行わなくても良い。
復調部26が、各ブロックの復調処理において、各ブロックに含まれる1つ前のブロックの信号も復調する場合、すなわち、再度復調を行う場合、復調特性が向上するよう、以下に示すような平均化による復調を行っても良い。
k,mをIDFT部25から出力されるk番目のブロックのm番目の信号とする。IDFT部25から出力されるk番目のブロックはN個のシンボルに対応するN個の信号によって構成される。これらのN個の信号はrk,0,…,rk,N-1である。Gを送信された情報シンボルの候補とする。例えば、送信されたシンボルがQPSKシンボルの場合、Gは以下の式(3)で表すことができる。
Figure 0006400033
したがって、復調部26は、以下の式(4)を用いて復調を行うことができる。なお、ND=N−NPRであり、da,b(ハット)はda,bの推定値を示す。
Figure 0006400033
上記のような再度の復調を行うか、再度の復調を行わない、すなわち1つ前のブロックのシンボルは復調しないかを制御信号Rにより指示する。なお制御信号Rによる指示はなくてもよく、再度の復調を行うか、再度の復調を行わないかを固定で定めておいてもよい。制御信号Rは、例えば、受信機20の外部から送信されてもよいし、受信機20内の図示しない制御回路などから送信されてもよい。
次に、本実施の形態の受信機20のハードウェア構成について説明する。図18に示した受信機20を構成する各構成要素は、それぞれ回路により構成される。図18に示した受信機20を構成する各構成要素が、それぞれ専用の回路として実現されてもよいし、プロセッサを用いた回路で実現されてもよい。
図18に示した受信機20を構成する各構成要素が専用の回路として実現される場合、各構成要素は、例えば、図19に示す回路である。図19は、専用のハードウェアとして実現される回路の構成例を示す図である。図19に示すように回路300は、外部から入力されたデータを受信する受信部である入力部301と、処理回路302と、メモリ303と、データを外部へ送信する送信器である送信処理部304とを備える。入力部301は、外部から入力されたデータを受信して処理回路に与えるインターフェース回路であり、送信処理部304は、処理回路302又はメモリ303からのデータを外部に送るインターフェース回路である。この場合、処理回路302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、FPGA、またはこれらを組み合わせたものである。
図18に示した受信機20の構成要素のうちソフトウェアにより実現されるものがある場合、これらの構成要素は、例えば、図20に示す制御回路により実現される。図20は、制御回路400の構成例を示す図である。図20に示すように制御回路400は、外部から入力されたデータを受信する受信器である入力部401と、プロセッサ402と、メモリ403と、データを外部へ送信する送信器である出力部404とを備える。入力部401は、制御回路400の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ402に与えるインターフェース回路であり、出力部404は、プロセッサ402又はメモリ403からのデータを制御回路の外部に送るインターフェース回路である。図18に示した受信機20の構成要素のうちソフトウェアにより実現される構成要素は、プロセッサ402がメモリ403に記憶された、ソフトウェアにより実現される各々の構成要素に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ402は、プロセッサが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
プロセッサ402は、CPU等である。メモリ403は、例えば、RAM、フラッシュメモリー、EPROM、EEPROM等の、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、DVD等が該当する。
以上のように、本実施の形態の受信機20は、実施の形態1または実施の形態2の送信機から送信された信号を受信して復調することができる。実施の形態1または実施の形態2の送信機では、上述したように、ブロック間干渉を抑制するように過去のシンボルが挿入されているため、本実施の形態の受信機20では、高精度な復調を実施することができる。
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 シンボル生成部、2,2a シンボル挿入部、3 シンボル選択部、4 CP生成部、5 送信処理部、6 記憶装置、7 既知信号生成部、10,10a 送信機、20 受信機、21 受信処理部、22 CP除去部、23 DFT部、24 FDE、25 IDFT部、26 復調部、27 伝送路推定部。

Claims (4)

  1. 1ブロックあたり第1の個数のデータシンボルを生成するシンボル生成部と、
    前記第1の個数のデータシンボル内の第1の位置に第1のシンボル群を挿入し、前記第1の個数のデータシンボル内の第2の位置に第2のシンボル群を挿入して第2の個数のシンボルを出力するシンボル挿入部と、
    前記シンボル挿入部から出力される前記第2の個数のシンボルの末尾の第3の個数のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして前記第2の個数のシンボルの先頭に付加するCyclic Prefix生成部と、
    前記Cyclic Prefixが付加された後の前記第2の個数のシンボルに対してナイキスト条件を満たすフィルタによるフィルタ処理を行う送信処理部と、
    を備え、
    前記第1のシンボル群は、1ブロック前の前記第1の個数のデータシンボルの先頭の第4の個数のシンボルであり、前記第2のシンボル群は、1ブロック前の前記第1の個数のデータシンボルの末尾の第5の個数のシンボルであり、
    前記第1の位置は、前記第1のシンボル群の挿入後に、前記第1のシンボル群の先頭が前記Cyclic Prefixとして複製される前記第3の個数のシンボルの先頭となる位置であり、前記第2の位置は、前記第2のシンボル群の挿入後に、前記第2のシンボル群の末尾が前記Cyclic Prefixとして複製される前記第3の個数のシンボルの1つ前となる位置であることを特徴とする送信装置。
  2. 1ブロックあたり第1の個数のデータシンボルを生成するシンボル生成部と、
    前記第1の個数のデータシンボル内の第1の位置に第1のシンボル群を挿入し、前記第1の個数のデータシンボル内の第2の位置に第2のシンボル群を挿入して第2の個数のシンボルを出力するシンボル挿入部と、
    前記シンボル挿入部から出力される前記第2の個数のシンボルの末尾の第3の個数のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして前記第2の個数のシンボルの先頭に付加するCyclic Prefix生成部と、
    あらかじめ定められたシンボルである既知シンボルを生成する既知シンボル生成部と、 前記Cyclic Prefixが付加された後の前記第2の個数のシンボルに対してフィルタ処理を行う送信処理部と、
    を備え、
    前記第1のシンボル群は、1ブロック前の前記第1の個数のデータシンボルの先頭の第4の個数のシンボルであり、前記第2のシンボル群は、1ブロック前の前記第1の個数のデータシンボルの末尾の第5の個数のシンボルであり、
    前記第1の位置は、前記第1のシンボル群の挿入後に、前記第1のシンボル群の先頭が前記Cyclic Prefixとして複製される前記第3の個数のシンボルの先頭となる位置であり、前記第2の位置は、前記第2のシンボル群の挿入後に、前記第2のシンボル群の末尾が前記Cyclic Prefixとして複製される前記第3の個数のシンボルの1つ前となる位置であり、
    前記Cyclic Prefix生成部は、前記既知シンボルで構成されるブロックの末尾の前記第3の個数のシンボルを複製し、Cyclic Prefixとして前記既知シンボルで構成されるブロックの先頭に付加し、
    前記既知シンボルで構成されるブロックの1ブロック前の前記第2の個数のシンボルの先頭の前記第4の個数のシンボルは、前記既知シンボルで構成されるブロックの前記Cyclic Prefixとして複製される位置の先頭の前記第4の個数の既知シンボルであり、前記既知シンボルで構成されるブロックの1ブロック前の前記第2の個数のシンボルの末尾の前記第5の個数のシンボルは、前記既知シンボルで構成されるブロックの前記Cyclic Prefixとして複製される位置の既知シンボルを末尾とする前記第5の個数の既知シンボルであることを特徴とする送信装置。
  3. 請求項1または2に記載の送信装置から送信された信号であり、ブロック内に1ブロック前のシンボルが含まれる信号を、受信信号として受信する受信装置であって、
    前記受信信号からCyclic Prefixを除去するCP除去部と、
    Cyclic Prefix除去後の前記受信信号を周波数領域信号に変換する時間周波数変換処理部と、
    Cyclic Prefix除去後の前記受信信号に対して伝送路推定を行う伝送路推定部と、
    前記周波数領域信号に対して前記伝送路推定の結果を用いて、前記周波数領域信号に対して等化処理を行う等化処理部と、
    前記等化処理後の信号を時間領域信号に変換する周波数時間変換処理部と、
    前記時間領域信号のうち前記1ブロック前のシンボルに対応する信号と、1ブロック前に対応する前記受信信号に基づく前記時間領域信号のうち前記1ブロック前のシンボル以外のシンボルに対応する信号とを用いて復調する復調部と、
    を備えることを特徴とする受信装置。
  4. 請求項1または2に記載の送信装置と、
    前記送信装置から送信された信号を受信する受信装置と、
    を備えることを特徴とする通信システム。
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