JP6657277B2

JP6657277B2 - 送信装置

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Inventors: 文大長谷川; 西本　浩; 浩西本; 彰浩岡崎; 東中　雅嗣; 雅嗣東中
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Description

本発明は、送信装置に関する。

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や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ブロック伝送方式が近年注目を集めている（例えば、下記非特許文献１参照）。シングルキャリア（Single Carrier：ＳＣ）ブロック伝送方式は、マルチキャリア（Multiple Carrier：ＭＣ）ブロック伝送であるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送方式（例えば、下記非特許文献２参照）に比べピーク電力を低くすることができる。

ＳＣブロック伝送を行う送信機では、例えば次のような伝送を行うことによりマルチパスフェージング対策を行っている。まず、“Modulator”においてデジタル変調信号であるＰＳＫ（Phase Shift Keying）信号やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号を生成後、プリコーダおよびＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）処理部によりデジタル変調信号を時間領域信号に変換する。その後マルチパスフェージング対策として、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部においてＣＰが挿入される。ＣＰ挿入部では時間領域信号の後ろの所定数のサンプルをコピーして、送信信号の初めに付加する。この他に、マルチパスフェージング対策手段として、データのはじめ又はおわりの部分にゼロを挿入するＺＰ（Zero Padding：ゼロ挿入）が行われる。

また、送信ピーク電力を抑圧するため、ＳＣ伝送を行う送信機では、プリコーダでは一般的にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理が行われる。

N． Benvenuto，R． Dinis，D． Falconer and S． Tomasin，"Single carrier modulation with nonlinear frequency domain equalization：an idea whose time has come−again"，Proceeding of the IEEE，vol．98，no．1，Jan 2010，pp．69−96． 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．

上記従来のＳＣブロック伝送の技術によれば、マルチパスフェージングの影響を低減しつつ送信ピーク電力を抑圧している。しかしながら、ＳＣブロック伝送においては、ＳＣブロック間の位相および振幅が不連続となるため、帯域外スペクトルまたは帯域外漏洩が発生するという課題がある。帯域外スペクトルは隣接するチャネルの干渉となり、抑圧する必要がある。また、一般的な通信システムにおいてスペクトルマスクが定められており、マスクを満足するように帯域外スペクトルを抑圧する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、帯域外スペクトル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、本発明は、複数のデータシンボルを含むブロック信号を複数個送信する送信装置であって、データシンボルを生成するデータシンボル生成部と、時間領域において、データシンボルおよび固定シンボルを配置してブロックシンボルを生成するシンボル配置部と、を備え、シンボル配置部は、ブロックシンボル内の先頭のシンボルを含み複数連続した位置と、ブロックシンボル内の最後のシンボルを含み複数連続した位置とに固定シンボルを配置することを特徴とする。

本発明によれば、帯域外スペクトルを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の送信装置の機能構成例を示す図である。図２は、ＳＣブロック伝送を行う通信システムで用いられるフレーム構成の一例を示す図である。図３は、従来のＳＣブロック伝送においてＳＣブロック間の位相および振幅が不連続となる一例を示す図である。図４は、実施の形態１の固定シンボル配置例を示す図である。図５は、ＣＰ挿入後のブロックシンボルの一例を示す図である。図６は、実施の形態１のフレーム構成の一例を示す図である。図７は、データシンボルとしてＱＰＳＫシンボルを用いた場合の固定シンボルの一例を示す図である。図８は、実施の形態２の送信装置の機能構成例を示す図である。図９は、実施の形態２の送信装置における処理データの一例を示す図である。図１０は、実施の形態２の送信装置による帯域外漏洩抑圧効果を説明するための図である。図１１は、実施の形態３の送信装置の機能構成例を示す図である。図１２は、周波数領域でのパイロットシンボルの配置の一例を示す図である。図１３は、時間領域のパイロット信号と周波数領域のパイロット信号の関係の一例を示す図である。図１４は、シンボル修正部による修正後の本実施の形態のシンボル配置の一例を示す図である。図１５は、フレーム内の全ブロックにパイロットシンボルが挿入される場合の実施の形態３のフレーム構成の一例を示す図である。図１６は、パイロットシンボルを挿入するブロックと挿入しないブロックが混在する場合のフレーム構成の一例を示す図である。図１７は、実施の形態４の送信装置の機能構成例を示す図である。図１８は、実施の形態５の受信装置の機能構成例を示す図である。図１９は、実施の形態６の送信装置の機能構成例を示す図である。図２０は、実施の形態６のシンボル配置の一例を示す図である。図２１は、６４ＱＡＭコンステレーションと同象限シンボルのマッピング領域を示す図である。図２２は、６４ＱＡＭを用いた場合のブロックシンボルの一例を示す図である。図２３は、６４ＱＡＭを用いた場合のブロックシンボルの一例を示す図である。図２４は、実施の形態７の固定シンボルの配置例を示す図である。

以下に、本発明にかかる送信装置の実施の形態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、本発明にかかる送信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の送信装置は、データシンボル生成部１、固定シンボル配置部（シンボル配置部）２、ＣＰ挿入部３、補間部４および送信処理部５を備える。

データシンボル生成部１は、データシンボル（例えば、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）シンボル、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）シンボル等）を生成する。固定シンボル配置部２は、データシンボルに対して１個のあらかじめ定められた固定シンボル（固定信号）を所定位置に配置したブロックシンボルを生成する。ＣＰ挿入部３は、固定シンボル配置部２により生成されたブロックシンボルに対してＣＰ挿入を行う。補間部４は、ＣＰ挿入後のブロックシンボルに対して補間処理を実施する。送信処理部５は、補間処理後のブロックシンボルに対して送信フィルタ処理、アナログ信号変換処理等を実施し、ＳＣブロック信号（ブロック信号）として送信する。

ここで、従来のＳＣブロック伝送について説明する。ＳＣブロック伝送では、ＳＣブロック間の位相および振幅が不連続となる。図２は、ＳＣブロック伝送を行う通信システムで用いられるフレーム構成の一例を示す図である。図２のｄ_k ⁽ⁿ⁾は、ｎ番目のブロックのｋ番目のシンボルを示す。また、図２では、ＳＣブロックがＮ_b個のシンボルで構成され、１フレームがＮ_FＳＣブロックで構成される例を示している。図３は、従来のＳＣブロック伝送においてＳＣブロック間の位相および振幅が不連続となる一例を示す図である。図３の例では、ｋ番目のブロックとｋ＋１番目のブロックの間で帯域外スペクトルまたは帯域外漏洩が発生する。このような、帯域外スペクトルは隣接するチャネルの干渉となる。本実施の形態では、データシンボル間に固定シンボルを挿入し、固定シンボル挿入後にＣＰ挿入を実施することにより、帯域外スペクトルを低減させる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。以下、１シングルキャリアブロック（ＳＣブロック）のＣＰ挿入前のシンボル数（データシンボルと固定シンボルの合計のシンボル数）をＮ個として説明する。

固定シンボル配置部２は、データシンボルに対して１個のあらかじめ定められた固定シンボル“Ａ”を所定位置に配置する。固定シンボルは、適用される通信システムの規定を満たすのであれば、どのようなシンボルを用いても良く、ＰＳＫシンボルやＱＡＭシンボルのようなシンボルでも良い。

図４は、本実施の形態の固定シンボル配置例を示す図である。図４の例では、ブロックシンボル（１ブロックを構成するシンボル群）内のＮ−Ｎ_CP＋１番目に固定シンボル“Ａ”が挿入される。ｄ_kは、１ブロック内のデータシンボルのうちｋ番目のデータシンボルを示す。

図５は、ＣＰ挿入後のブロックシンボルの一例を示す図である。ＣＰ挿入部３は、ＣＰ挿入処理として、図５に示すように、固定シンボル挿入後のブロックシンボルの最後のＮ_CP個のシンボルをコピー（複製）し、ブロックシンボルの先頭に付加する。図６は、本実施の形態のフレーム構成の一例を示す図である。図６に示すように、フレーム内の各ブロックの同じ位置（Ｎ−Ｎ_CP＋１番目）に固定シンボルが挿入される。このように、ＣＰ挿入部３によりコピーされる領域の先頭（Ｎ−Ｎ_CP＋１番目）のシンボルを固定シンボルとしておけば、ＣＰ挿入後にはブロックの先頭のシンボルは固定シンボルとなる。なお、Ｎ_CP＝０の場合、図５におけるｄ₀（ブロック内一番目のシンボル）を固定シンボルに設定する。

図７は、データシンボルとしてＱＰＳＫシンボルを用いた場合の固定シンボルの一例を示す図である。データシンボルは、伝送する情報に応じて、図７の上に示したＱＰＳＫコンステレーション（図ではコンステと略す）として示した４つの点のいずれかに割り当てられる。図７に示すように、１番目のシンボルとＮ−Ｎ_CP＋１番目のシンボルが固定シンボルとなり１＋ｊに固定される。なお、図７は、一例であり、固定シンボルはＱＰＳＫシンボルに限定されず、固定シンボル値も１＋ｊに限定されない。なお、Ｎ_CP＝０の場合、ＣＰ挿入部３はコピー処理を行わない。

補間部４では、例えば、「B．Porat，“A Course in Digital Signal Processing”，John Wiley and Sons Inc．，1997」（以下、Porat文献という）に記載されている信号補間式等を用いて、オーバーサンプリング処理（サンプリングレートを上げる、すなわちサンプリング間隔を細かくする処理）を行う。補間部４へ入力される時間領域信号に対し、１シンボルあたりのサンプリング点がＬ個となるようオーバーサンプリングを行う。すなわち、入力に対してサンプリングレートがＬ倍となるようオーバーサンプリングを行う。なお、オーバーサンプリングレートは、オーバーサンプリング後のサンプリングレートが入力のサンプリングレートの何倍であるかを示す値とする。

具体的には、例えば、補間部４は、入力される時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域信号に対してゼロを挿入するゼロ挿入処理を実施して、再び時間領域信号に変換する。このように、ゼロ挿入処理を用いてオーバーサンプリング処理を行うことができる。補間部４におけるオーバーサンプリング処理（補間処理）は、その他の補間方法を用いてもよい。一旦、周波数領域信号に変更することなく、補間（オーバーサンプリング）を行う方法でもよい。

補間部４のオーバーサンプリング処理（補間処理）により、シンボル間に補間されたサンプル点が追加されるが、この際、ＳＣブロックの最後のサンプルと次のＳＣブロックの最初のサンプル（固定シンボル）の位相および振幅は滑らかに繋がるようにオーバーサンプリング処理を実施する。例えば、ＳＣブロックの最後のサンプル点の次に固定シンボルの点があるとして補間して、ＳＣブロックの最後のサンプル点の後に、補間点が追加されるようにする。オーバーサンプリングレートをＬとすると、補間部４の出力信号のサンプル数は（Ｎ＋Ｎ_CP）×Ｌとなる。なお、本実施の形態において“固定シンボル”は位相および振幅が固定されているシンボルを示すが、特定の象限にあるシンボルを用いても良い。上記の処理がシングルキャリアブロックシンボル毎に行われる。オーバーサンプリングレートＬは整数である必要は無い。

以上のように、本実施の形態では、固定シンボル配置部２が、ブロックごとに、データシンボルに対して、ＣＰ挿入部３によりコピーされる領域の先頭位置に固定シンボルを配置し、ＣＰ挿入部３が、固定シンボル挿入後のブロックシンボルに対してＣＰ挿入を行う。そして、補間部４がＣＰ挿入後のブロックシンボルにオーバーサンプリング処理を実施するようにした。このため、ブロック間の位相および振幅の連続性が保たれ、帯域外スペクトルを抑制することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる送信装置の実施の形態２の機能構成例を示す図である。図８では、実施の形態２の送信装置の補間部４の構成例を示している。本実施の形態では、図１の補間部４が、ＤＦＴ部（フーリエ変換部）４１、波形整形フィルタ４２およびオーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ（Inverse ＤＦＴ）部（逆フーリエ変換部）４３で構成される例を示す。データシンボル生成部１、固定シンボル配置部２、ＣＰ挿入部３および送信処理部５は、実施の形態１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。

ＤＦＴ部４１は、（Ｎ＋Ｎ_CP）ポイントＤＦＴ処理を実施して、入力される時間領域信号を周波数領域信号に変換する。波形整形フィルタ４２は、周波数領域信号に対して所望の周波数領域以外の信号を除去するフィルタリング処理を行う。なお、このフィルタリング処理では、例えば、「T． S． Rappaport，“Wireless Communications”，2^nd edition，Prentice Hall PTR，2002」（以下、Rappaport文献という）に記載されているナイキストフィルタリングなどの処理を用いることができる。フィルタリング処理はこれに限定されない。

オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３は、フィルタリング処理後の周波数領域信号に対しゼロ挿入などによりサンプル数をＬ倍に増加させる（オーバーサンプリングレートＬに対応するサンプル数に増加させる）。その後、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３は、周波数領域信号に対して、ＩＤＦＴ処理を実施して時間領域信号を生成する。波形整形フィルタ４２が信号のサンプル数を変えない場合、ＩＤＦＴ処理のサンプル数は、Ｌ・（Ｎ＋Ｎ_CP）となる。なお、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３の替わりに、オーバーサンプリング処理を行うオーバーサンプリング処理部と、ＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ部とを備えるようにしてもよい。なお、このようにＤＦＴ処理、ＩＤＦＴ処理を、低演算量を必要とするＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）やＦＦＴなどを用いて実施するため、（Ｎ＋Ｎ_CP）は２^p（Ｐは１以上の整数）であることが望ましく、Ｌは整数であることが望ましい。波形整形フィルタ４２が信号のサンプル数を変える場合は、ＩＤＦＴ処理の入力となるサンプル数が２^p’（Ｐ’は１以上の整数）であることが望ましい。

なお、Ｎ_Aを総キャリア数とすると、本例ではＮ_A＝Ｎ＋Ｎ_CPであるが、Ｎ_A＞Ｎ＋Ｎ_CPでもかまわない。この場合、波形整形フィルタ４２がポイント数を変えないとし、s_i（０≦ｉ≦Ｎ＋Ｎ_CP−１）を波形整形フィルタ４２の出力、０（太字）_1,Mを１×Ｍのゼロによって成り立つベクトル、Ｎ_A−Ｎ−Ｎ_CPを偶数とすると、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３内で、s_iを以下の式（１）に示すように、Ｎ_Aキャリアにマッピングする。さらにｙ（太字）に対しゼロ挿入を行い、オーバーサンプリングを行う。この場合、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３の出力サンプル数をＮ_A＊Ｌとしてもよい。なお、総キャリアへのマッピングはどのような処理を用いても良い。

図９は、本実施の形態の送信装置における処理データの一例を示す図である。図９では、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）を用い、Ｌ＝２、Ｎ＝６、Ｎ_CP＝２とし、固定シンボルとしてＡ＝１を５シンボル目に配置する例を示している。また、図９の例では、オーバーサンプリング処理としてゼロ挿入を用いた例を示している。図９では、表記の簡易化のため、小数第５位で四捨五入を行った。図９に示すように、５シンボル目に固定シンボルを配置することにより、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３による処理後には、先頭と１３シンボル目に固定シンボルが挿入され、ＣＰ挿入部３から出力されるシンボル群の最後のシンボルの後に補間点となるシンボルが追加されていることがわかる。なお、本例におけるゼロ挿入手法は一例であり、周波数領域において信号に循環シフトを加えた後にゼロ挿入を行うなど、他のゼロ挿入手法を用いても良い。

図１０は、本実施の形態の送信装置による帯域外漏洩抑圧効果を説明するための図である。図１０には、本実施の形態の上記の固定シンボルを用いた帯域外漏洩抑圧を実施した場合の送信信号１０１と、帯域外漏洩抑圧を実施しない場合の送信信号１０２とを示している。図１０では、所望帯域を中央部に示しており、所望帯域の両端に帯域外漏洩となる領域を示している。図１０に示すように、帯域外漏洩抑圧を実施した送信信号１０１は、帯域外漏洩抑圧を実施しない場合の送信信号１０２と比べて帯域外漏洩が約１６ｄＢ低減していることがわかる。本例においては、Ｎ_A＝５１２、Ｎ_CP＝１６、Ｎ＝４３４、オーバーサンプリングレートはＬ＝４とし、波形整形フィルタはRappaport文献に記載されている周波数領域ゼロロールオフフィルタを用い、周波数領域においてキャリアへのマッピングは、以下の式（２）に示すように行った。信号ｙ（太字）はオーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３の入力値となる。

以上のように、本実施の形態では、ＤＦＴ部４１がＣＰ挿入後のブロックシンボルを周波数領域信号に変換した後に、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３が、オーバーサンプリング処理を実施し、オーバーサンプリング処理後の信号をＩＤＦＴにより時間領域信号に変換するようにした。このため、実施の形態１で述べたように、ブロック間の位相および振幅の連続性が保たれ、帯域外スペクトルを抑制することができる。なお、Ｎ_CP＝０の場合、図８におけるＣＰ挿入部３はコピー処理を行わず、固定シンボル配置部２においてｄ₀（ブロック内の一番目のシンボル）を固定シンボルに設定する。

実施の形態３．
図１１は、本発明にかかる送信装置の実施の形態３の機能構成例を示す図である。図１１では、実施の形態３の送信装置の補間部４の構成例を示している。本実施の形態の送信装置は、データシンボル生成部１、固定シンボル配置部２、ＣＰ挿入部３、シンボル修正部４０、ＤＦＴ部４１、波形整形フィルタ４２−１，４２−２、パイロット信号生成・ＣＰ処理部６、周波数領域多重部７、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３および送信処理部５を備える。データシンボル生成部１、固定シンボル配置部２、ＣＰ挿入部３、ＤＦＴ部４１、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３、送信処理部５は、実施の形態２と同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

受信側で同期処理や伝送路推定を行うため、既知信号であるパイロット信号が用いられることがある。ブロック伝送においては、一般的にパイロット信号（パイロットシンボル）は周波数領域において配置される。本実施の形態では、このように、周波数領域においてパイロット信号が配置される例について説明する。

パイロット信号生成・ＣＰ処理部６は、時間領域におけるパイロット信号と周波数領域におけるパイロット信号を生成して、周波数領域のパイロット信号を波形整形フィルタ４２−２へ入力し、時間領域におけるパイロット信号をシンボル修正部４０へ入力する。パイロット信号生成・ＣＰ処理部６は、時間領域のパイロットシンボルにＣＰ処理（ＣＰ挿入処理）を加えてもよい。また、パイロット信号生成・ＣＰ処理部６は、パイロット信号に対し正規化を行ってもよい。例えば、パイロット信号の時間領域信号をｑ₀，ｑ₁，…，ｑ_N-1とし、Ｎ_CPをＣＰ長とすると、ＣＰ処理後にｑ_N-NCP，…，ｑ_N-1，ｑ₁，ｑ₀，ｑ₁，…，ｑ_N-1（添え字では、Ｎ_CPをNCPと表記）となる。ＣＰ処理を加える場合、パイロット信号生成・ＣＰ処理部６は、周波数領域のパイロット信号として、パイロット信号の時間領域信号にＣＰ挿入した信号に対してＤＦＴ処理を実施した信号を生成する。

周波数領域のパイロット信号は多重用に用いられ、時間領域のパイロット信号は固定シンボル計算のために用いられる。周波数領域多重部７は、波形整形フィルタ４２−１経由で入力されるＤＦＴ部４１により周波数領域信号に変換されたデータシンボルと、波形整形フィルタ４２−２経由で入力される周波数領域のパイロット信号（パイロットシンボル）とを周波数領域で多重する。波形整形フィルタ４２−１，４２−２は、実施の形態２の波形整形フィルタ４２と同様である。波形整形フィルタ４２−１はＤＦＴ部４１からの出力に対し周波数領域における波形整形を行い、波形整形フィルタ４２−２は、周波数領域におけるパイロットシンボルに対して、波形整形を行う。なお、パイロット信号に関して特に制約はなく、どのような信号を用いてもよい。なお、時間領域のパイロット信号は、パイロット信号の周波数領域での配置位置に基づいて生成される。

図１２は、周波数領域でのパイロットシンボルの配置の一例を示す図である。図１２では一例として、１ブロック内の総シンボル数（ＣＰ挿入後）をＮ’（＝Ｎ＋２Ｎ_CP）個とし、１ブロック内のパイロットシンボル数Ｎ_PをＮ’／２とし、１ブロック内の固定シンボルを含むデータシンボル数をＮ’／２個とした例を示している。図１２の例では、周波数領域でのパイロットシンボルｐ₀，ｐ₁，…，ｐ_N’/2-1を、固定シンボルを含むデータシンボｓ₀，ｓ₁，…，ｓ_N’/2-1とを交互に配置している。なお、図１２は一例であり、パイロットシンボルの配置およびブロックシンボル内のパイロットシンボルの個数に関する規制は無い。

周波数領域多重部７により周波数領域にてパイロットシンボルと固定シンボルを含むデータシンボルとが多重されるため、ＩＤＦＴ出力（オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３からの出力）である時間領域信号において固定シンボルが“Ａ”となるように設定するには、時間領域のパイロット信号を考慮する必要がある。パイロット信号の時間領域信号をｑ_0，ｑ_1，ｑ_2，…_，ｑ_N/2-1とし、ｋ’を時間領域における固定シンボル挿入位置とし、ｂ_k’，ｃ_k’はＩＤＦＴ出力の所定位置のシンボルが“Ａ”となるような位相回転、振幅調整とすると、シンボル修正部４０は、固定シンボル配置部２が生成する固定シンボル“Ａ”を修正したＡ_k’を、Ａ_k’＝ｃ_k’Ａ−ｂ_k’ｑ_k’として求める。ｂ_k’およびｃ_k’の値は周波数領域におけるパイロット信号の挿入位置および固定シンボル配置位置によって決まる。

具体例をここで示す。説明の簡易化のため、オーバーサンプリング処理が加わっていない信号を用いる。また、ＣＰ挿入後のデータシンボル数Ｎ_DをＮ_D＝Ｎ’／２とし、パイロットシンボル数Ｎ_TをＮ_T＝Ｎ’／２とする。本例において、ＣＰ挿入済みのデータシンボルを、ｘ₀，ｘ₁，…，ｘ_ND-1とする。周波数領域において配置されたパイロットシンボルｐ（太字）_zを以下の式（３）とする。ＩＤＦＴ処理後の時間領域におけるパイロットシンボルｑ（太字）は以下の式（４）となる。

また、周波数領域に配置されたＤＦＴ処理が加わったデータ信号（ｘ₀，ｘ₁，…，ｘ_ND-1）を以下の式（５）とし、定数ｂを正規化用定数とすると、ＩＤＦＴ処理後の時間領域におけるデータ信号ｔ（太字）は以下の式（６）となる。

周波数領域において多重されたパイロット信号およびＤＦＴ処理が加わったデータ信号は以下の式（７）となり、ＩＤＦＴ処理後の時間領域信号は以下の式（８）となる。

時間領域において、ｔ_1,0をｔ₁の１番目の要素とするとｔ_1,0＝ｘ₀であるので、ｙ₀＝Ａのように、シンボル時間ｎ＝０において、固定シンボル“Ａ”と設定したい場合、データシンボルに以下の式（９）に示すようなシンボルを挿入すれば良い。なお、本例において、説明の簡易化のため、正規化用定数、位相回転の記載を省略した。周波数領域におけるシンボル配置によって、式（９）において位相回転および振幅調整の必要がある。

図１３は、時間領域のパイロット信号と周波数領域のパイロット信号の関係の一例を示す図である。図１３では、図１２に示した周波数領域におけるデータシンボルおよびパイロットシンボルの配置を前提としている。図１３に示すように、図１２に示した周波数配置において、データシンボル（固定シンボルを含む）の部分を０に置き換えた信号をＩＤＦＴ処理の入力としてＩＤＦＴ処理を行うことで、時間領域のパイロット信号を得られる。なお、図１３において、説明の簡略化のためオーバサンプル処理を行わない時間領域パイロット信号を示したが、周波数領域において、ゼロ挿入を行うなど、オーバーサンプリング処理が加わったパイロット信号を用いても良い。

本実施の形態では、パイロットシンボルを周波数領域で挿入するため、固定シンボルの値はパイロットシンボルや固定シンボルの挿入位置によって変わるため、ブロックごとに上記の処理が行われる。ただし、パイロット信号や固定シンボルの挿入位置がブロック間で固定であれば、一度Ａ_k’を求めておき、以降は既に求めたＡ_k’を用いてもよい。図１４は、シンボル修正部４０による修正後の本実施の形態のシンボル配置の一例を示す図である。図１４では、１ブロック内のＣＰ挿入前の総シンボル数をＮ個とし、１ブロック内のパイロットシンボル数Ｎ_PをＮ’／２としている。ブロック間の位相および振幅の連続性を保つため、固定シンボルに位相回転や振幅調整を与えたり、固定信号を足したりしても構わない。また、図１４に−Ｎ_CP＋１番目とＮ／２−Ｎ_CP＋１番目のシンボルが調整されるように記載されているが、−Ｎ_CP＋１番目のシンボルのみ調整を行っても良い。

図１５は、フレーム内の全ブロックにパイロットシンボルが挿入される場合の本実施の形態のフレーム構成（シンボル修正部４０による修正後の固定シンボルおよびデータシンボル）の一例を示す図である。図１５に示すように、ブロック間で固定シンボルの挿入位置が同じになるように、修正後の固定シンボルが挿入される。

なお、実施の形態１はブロックシンボルがデータシンボルのみによって構成された実施例であり、実施の形態２はブロックシンボルがパイロットシンボルとデータシンボルによって構成された実施例であるが、時間領域において固定シンボルがブロックごとに同じ位置に配置されるように設定されるのであれば、２つの実施例を組み合わせたフレーム構成でも良い。この場合にも、帯域外スペクトル抑圧効果が得られる。図１６は、パイロットシンボルを挿入するブロックと挿入しないブロックが混在する場合のフレーム構成の一例を示す図である。図１６では、ｉ番目のブロックではパイロットシンボルを挿入しないため、実施の形態１と同様の処理が実施され、ｉ−１番目のブロックではパイロットシンボルを挿入するため、実施の形態２と同様の処理を実施する。

以上のように本実施の形態では、パイロットシンボルを周波数領域で多重して送信する場合に、パイロット信号の配置位置に基づいて、パイロット信号が多重された後のＩＤＦＴ後の固定シンボルが所定の位置の所定の値となるように、シンボル修正部４０が固定シンボルを修正するようにした。このため、パイロット信号を多重する場合も、ブロック間の位相および振幅の連続性が保たれ、帯域外スペクトルを抑圧することができる。なお、本実施の形態においても、Ｎ_CP＝０の場合ブロック内の１番目のデータシンボルを固定シンボルに設定し、時間領域におけるパイロットシンボルを用いてシンボル修正を行って良い。

実施の形態４．
図１７は、本発明にかかる送信装置の実施の形態４の機能構成例を示す図である。本実施の形態の送信装置は、データシンボル生成部１、固定シンボル配置部２、ＣＰ挿入部３、シンボル修正部４０、補間部４、パイロット信号生成・ＣＰ処理部６１、時間領域多重部８および送信処理部５を備える。データシンボル生成部１、固定シンボル配置部２、ＣＰ挿入部３、補間部４、送信処理部５は、実施の形態１と同様である。シンボル修正部４０は、実施の形態３と同様である。実施の形態１または３と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１または３と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態３では、周波数領域においてパイロット信号を多重する例を説明したが、本実施の形態では、時間領域においてパイロット信号を多重する。パイロット信号生成・ＣＰ処理部６１は、時間領域のパイロット信号を生成して、時間領域多重部８とシンボル修正部４０へ入力する。補間部４は、実施の形態１と同様に、時間領域のデータシンボル（固定シンボルを含む）を生成し、時間領域多重部８は、時間領域のデータシンボル（固定シンボルを含む）と時間領域のパイロット信号とを時間領域で多重する。時間領域の多重は、例えば、ｓ_kを時間領域におけるデータ信号、ｐ_kを時間領域におけるパイロット信号とすると、時間領域における多重は、多重後の信号をｙ_kとし、ｙ_k＝ｓ_k＋ｐ_kのように実施することができる。

以上のように、本実施の形態では、パイロットシンボルを時間領域で多重して送信する場合に、シンボル修正部４０が固定シンボルを修正するようにした。このため、パイロット信号を時間領域で多重する場合も、ブロック間の位相および振幅の連続性が保たれ、帯域外スペクトルを抑圧することができる。

実施の形態５．
図１８は、本発明にかかる受信装置の実施の形態５の機能構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、実施の形態１〜４で説明した送信装置により送信されたＳＣブロック信号を受信する。

本実施の形態の受信装置では、受信・同期処理部１０が、受信信号（ＳＣブロック信号）に対してフレーム同期、周波数同期、シンボル同期などの同期処理を行う。ＣＰ除去部１１は、同期処理後の受信信号に対してＣＰ除去を行う。ＤＦＴ部１２は、ＣＰが除去された受信信号に対してＤＦＴ処理を行う。伝送路推定部１３は、ＤＦＴ処理後の信号に基づいて伝送路推定を行う。サンプリング・干渉除去処理部１４は、ＤＦＴ処理後の信号に対してダウンサンプリング処理を実施する。ＦＤＥ部（等化処理部）１５は、ダウンサンプリング後の信号と伝送路推定結果に基づいてＦＤＥ（Frequency Domain Equalizer：周波数領域等化）処理を行う。ＩＤＦＴ部１６は、ＦＤＥ処理後の信号に対してＩＤＦＴ処理を行う。固定シンボル除去・復調・復号部１７は、ＩＤＦＴ処理後の信号から固定シンボルを除去し、固定シンボル除去後の信号に対して復調・復号処理を行う。なお、図１８の構成例では、固定シンボル除去・復調・復号部１７が固定シンボルを除去と復調・復号処理を行うようにしたが、固定シンボルを除去する固定シンボル除去部と復調・復号処理を行う復調・復号部をそれぞれ備えるようにしてもよい。

なお、実施の形態１〜４で述べたように、送信側において、オーバーサンプリング処理はＤＦＴ処理が施されたＣＰを含む信号に対して行うので、ＣＰ成分がデータ領域に入る。したがって、必要であれば、受信側でＣＰ干渉除去を行う。たとえば、受信・同期処理部１０において、ＣＰシンボルの値、および干渉値が推定出来るので、ＣＰ推定値をサンプリング・干渉除去処理部１４に与え、ＣＰ干渉除去を行うことは可能である。また、伝送路推定部１３においてＣＰ推定を行っても良い。

以上のように、本実施の形態では、実施の形態１〜４で説明した送信装置により送信されたＳＣブロック信号を受信する受信装置を示した。この受信装置では、ダウンサンプリング処理および固定シンボルの除去を行った後に、受信信号の復調・復号を実施する。これにより、固定シンボルが挿入されて補間処理されて送信された信号を復調・復号することができる。

実施の形態６．
図１９は、本発明にかかる送信装置の実施の形態６の機能構成例を示す図である。本実施の形態の送信装置は、データシンボル生成部１、同象限マッピング部２１、ＣＰ挿入部３、ＤＦＴ部４１、波形整形フィルタ４２およびオーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３および送信処理部５を備える。データシンボル生成部１、ＣＰ挿入部３、ＤＦＴ部４１、波形整形フィルタ４２、オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部４３および送信処理部５は、実施の形態２と同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１〜４では、固定シンボルを所定位置に配置する例を説明したが、本実施の形態では、固定シンボルではなく複素平面（ＩＱ平面）において同象限の信号点となるシンボル（以下、同象限シンボルという）を所定の位置に配置する。

同象限マッピング部２１は、時間領域においてブロック内の所定の位置のシンボルが同象限シンボルとなるようにマッピングする。図２０は、本実施の形態のシンボル配置の一例を示す図である。シンボルＡ⁽ⁱ⁾はｉ番目のブロックの同象限シンボルを示す。例えば、Ａ^(i-1)とＡ⁽ⁱ⁾は、同じとは限らないものの同一象限にマッピングされる。このように全て同一値となる固定シンボルではなく、同象限シンボルを用いることにより、同象限シンボルにデータビットを含めることが可能となり、データロスを最小限に留めることができる。

図２１は、６４ＱＡＭコンステレーションと同象限シンボルのマッピング領域を示す図である。データシンボルとして６４ＱＡＭシンボルを用いる場合に、同象限シンボルを例えば右上の象限（図２１の点線で囲った領域）内の点にマッピングする。図２１の場合、ｉ番目のブロックの同象限シンボルであるシンボルＡ⁽ⁱ⁾を点線で示した領域内に配置すればよいため、同象限シンボルの上位の２ビットを“００”と固定し、残りの下位４ビットはデータビットとして用いることができる。そして、全てのブロックについて時間領域で所定の位置に配置される同象限シンボルの上位２ビットを“００”に固定し、下位４ビットは任意の値とする。なお、図２１の例では、同象限シンボルのマッピング領域を１つの象限内としたが、同一象限内のさらに狭い領域内に同象限シンボルをマッピングするようにしてもよい。

またパイロットシンボルが挿入された場合でも、実施の形態２と同様に、Ａ_k ⁽ⁱ⁾’を同象限シンボルとし、ｋ’を挿入位置とすると、Ａ_k ⁽ⁱ⁾’＝ｃ_k’Ａ⁽ⁱ⁾−ｂ_k’ｑ_k’としてパイロット成分を考慮して、ＩＤＦＴ出力がＡ⁽ⁱ⁾となるよう、同象限シンボルを修正すれば良い。

図２２、２３は、６４ＱＡＭを用いた場合のブロックシンボルの一例を示す図である。図２２は、Ｎ−Ｎ_CP＋１番目のシンボルを同象限シンボルとし、同象限シンボルの上位２ビットを“０１”と固定し、全てのブロックに同処理を与えた例を示している。図２３は、Ｎ−Ｎ_CP＋１番目のシンボルを同象限シンボルとし、同象限シンボルの上位４ビットを“０１００”と固定し、全てのブロックに同処理を与えた例を示している。図２２の例では１ブロックシンボルあたりのデータビット数は６Ｎ−２ビットとなり、図２３の例では１ブロックシンボルあたりのデータビット数は６Ｎ−４ビットとなる。

なお、本実施の形態では、ＤＦＴを用いた補間を行う構成例を示したが、実施の形態１で述べたように、補間部４を用いる構成例にも固定シンボルの代わりに同象限シンボルを用いることができる。また、本実施の形態の送信装置から送信された信号を受信する受信装置は、実施の形態５で述べた受信装置の固定シンボル除去・復調・復号部１７において、固定シンボルの除去の代わりに同象限シンボルの固定ビットの除去を行うとともに、固定ビットを除去した残りをデータビットとして扱い、復号処理を実施する。

以上のように、本実施の形態では、固定シンボルの代わりに同象限シンボルを配置するようにした。このため、固定シンボルを用いる場合に比べデータロスを低減することができる。

また、以上の実施の形態では、ブロック伝送を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されず有線を含むさまざまな方式の送信装置および受信装置に適用が可能である。また、固定シンボル、同象限シンボルの生成についてそれぞれ説明したが、上記説明した例に限定されず、例えば、複数の手法を組み合わせてもよい。また、送信装置および受信装置の構成は、各実施の形態で示された装置構成に限定されない。また、実施の形態において説明したオーバーサンプリング処理などに用いられる補間手法や送信処理手法は、ＳＣブロックシンボルにおいて、始めと最後のサンプルの連続性が保たれるのであれば、どのような手法を用いても良い。

実施の形態７．
次に実施の形態７の送信装置について説明する。実施の形態１の図５で、Ｎ_CP＝０の例について説明したが、本実施の形態では、Ｎ_CP＝０の場合の拡張としてさらに帯域外スペクトルを抑制する固定シンボルの配置方法について説明する。

図２４は、本実施の形態の固定シンボルの配置例を示す図である。図２４の例では、Ｎ_CP＝０の場合に、帯域外スペクトルの抑圧効果を向上させるため、ブロック内の１番目のシンボルの周辺と最後のシンボルの周辺に固定シンボルを挿入する。図２４において、文字の書かれていない空白部分はデータシンボルを示し、Ｆ_iは固定シンボルを示す。本実施の形態では、１ブロックのＮシンボルのうちＮ_L＋Ｎ_R＋１個を固定シンボルとする。Ｎ_Rは、１番目のシンボルから右側に配置される連続する固定シンボルの数を示す。Ｎ_Lは、最後のシンボルから左側に連続する固定シンボルの数である。本実施の形態では、このＮ_L＋Ｎ_R＋１個の固定シンボルを固定シンボル系列と呼ぶこととする。図２４に示すように、固定シンボル系列を［Ｆ_-NL，Ｆ_-NL+1，Ｆ_-NL+2，…，Ｆ_-1，Ｆ₀，Ｆ₁，…，Ｆ_NR］と表す。なお、下付き文字におけるNL，NRは、それぞれＮ_L，Ｎ_Rを示す。固定シンボル系列の各シンボルＦ_iの値に制約は無く、Ｆ_iのうち２つ以上が同じ値であってもよいし、固定シンボル系列をブロックシンボル内に配置後に、電力正規化が行われるのであれば、Ｆ_iをそれぞれ異なる値となるように設定しても良い。例えば、Ｆ_iはＭ−ＰＳＫ（M-ary−Phase Shift Keying），Ｍ−ＱＡＭ（M-ary Quadrature Amplitude Modulation）のようなシンボルを用いても良く、また、Ｆ_iのうちの数個をゼロに設定しても良い。また、「D. C. Chu，“Polyphase Codes With Good Periodic Correlation Properties”，IEEE Transactions on Information Theory，pp．531−532，July 1972」に記載されている系列を固定シンボル系列として用いても良い。

スペクトル抑圧効果を得るためには、全ブロック内において、同じ固定シンボル系列を使い、同じ固定シンボルはブロック間で同じ位置に配置することになる。固定シンボル系列の配置方法は、次のようになる。固定シンボル系列のうちのＦ₀が、ブロック内の１番目の位置に配置される。そして、これらの位置を基準に固定シンボル系列の順番が［Ｆ_-NL，Ｆ_-NL+1，Ｆ_-NL+2，…，Ｆ_-1，Ｆ₀，Ｆ₁，…，Ｆ_NR］のシンボルが、順番の通りに相対的な順序を変えることなく配置されるように基準位置の左右に固定シンボルが配置される。具体的には、固定シンボル系列を基準位置（Ｆ₀の位置）より左側のシンボル群（第１のシンボル群）と基準位置とそれより右側のシンボル群［Ｆ₀，Ｆ₁，…，Ｆ_NR］（第２のシンボル群）に分ける。［Ｆ₀，Ｆ₁，…，Ｆ_NR］は、ブロック内の１番目の位置から順に配置する。また、Ｎ_CP＝０であるため、各ブロックの１番目のシンボルの前は、前のブロックの最後のシンボルとなる。したがって、各ブロックの最後の部分に、［Ｆ_-NL，Ｆ_-NL+1，Ｆ_-NL+2，…，Ｆ_-1］を配置することにより、これらのシンボル（［Ｆ_-NL，Ｆ_-NL+1，Ｆ_-NL+2，…，Ｆ_-1］）が基準位置（１番目のシンボル）の左側に配置されることになる。

実施の形態１と同様に補間処理を行った場合、シンボル間に補間されたサンプル点が追加されるが、ＩＤＦＴ出力の循環性により、最後のシンボルの後に追加される補間点は、最後のシンボルＦ_-1と最初（１番目）のシンボルＦ₀との間を補間するような点となる。このため、ブロック間の位相および振幅の連続性を保つことができ、帯域外スペクトルを抑制することができる。また、Ｎ_LおよびＮ_Rを増やすことで、更なる帯域外スペクトル抑圧効果を得られる。

また、本実施の形態では、固定シンボル系列が、各ブロック間で同一となるようにしたが、実施の形態６で述べたように各ブロック間で同象限シンボルとなるように構成してもよい。具体例として、例えば、図２１のような６４ＱＡＭ信号を用いる場合、シンボル番号Ｎのシンボルの最初の（上位の）ビットを“００”と固定し、シンボル番号１のシンボルの最初の２ビットを“０１”と固定、そして、シンボル番号２のシンボルの最初の２ビットを“１１”と固定すると、合計４×３＝１２ビットをデータビットとして用いることができる。また、実施の形態３、４で述べたようにパイロットシンボルを多重する場合に、本実施の形態の固定シンボル系列を用いてもよい。

以上のように、本実施の形態では、ブロックシンボルの１番目を基準位置として、基準位置を中心として前後に各ブロックで同一の固定シンボル系列が配置されるようにした。このため、ブロック間の位相および振幅の連続性を保つことができ、帯域外スペクトルを抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる送信装置は、ＳＣブロック伝送を行う通信システムに有用である。

１データシンボル生成部、２固定シンボル配置部、３ＣＰ挿入部、４補間部、５送信処理部、６，６１パイロット信号生成・ＣＰ処理部、７周波数領域多重部、８時間領域多重部、１０受信・同期処理部、１１ＣＰ除去部、１２ＤＦＴ部、１３伝送路推定部、１４サンプリング・干渉除去処理部、１５ＦＤＥ部、１６ＩＤＦＴ部、１７固定シンボル除去・復調・復号部、２１同象限マッピング部、４０シンボル修正部、４１ＤＦＴ部、４２，４２−１，４２−２波形整形フィルタ、４３オーバーサンプリング処理・ＩＤＦＴ部。

Claims

複数のデータシンボルを含むブロック信号を複数個送信する送信装置であって、
データシンボルを生成するデータシンボル生成部と、
時間領域において、前記データシンボルおよび固定シンボルを配置してブロックシンボルを生成するシンボル配置部と、
を備え、
前記シンボル配置部は、前記ブロックシンボル内の先頭のシンボルを含み複数連続した位置と、前記ブロックシンボル内の最後のシンボルを含み複数連続した位置とに前記固定シンボルを配置することを特徴とする送信装置。
前記ブロックシンボルに対して前記ブロックシンボルを処理単位としてフーリエ変換処理を行うフーリエ変換部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記フーリエ変換処理後のデータに対して逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換部、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の送信装置。