通信機および通信方法
【課題】ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化し、さらに加法性雑音を抑制して符号誤り率を改善する。
【解決手段】変調部１１は入力信号から変調信号を生成し、直並列変換部１２は変調信号からサブキャリア変調信号を生成し、第１演算部１３および第２演算部１４に送る。第１演算部１３はＩＤＦＴを示す行列にサブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成して合成部１５に送り、第２演算部１４は、所定の変換行列にＩＤＦＴを示す行列を乗じて生成した行列にサブキャリア変調信号を乗じて第２データを生成して合成部１５に送る。合成部１５は所定の演算規則に従って、第１データに第２データを加算したデータまたは第１データから第２データを減算したデータからベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。送信部１６はベースバンド信号から送信信号を生成し、アンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送信する。
【解決手段】変調部１１は入力信号から変調信号を生成し、直並列変換部１２は変調信号からサブキャリア変調信号を生成し、第１演算部１３および第２演算部１４に送る。第１演算部１３はＩＤＦＴを示す行列にサブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成して合成部１５に送り、第２演算部１４は、所定の変換行列にＩＤＦＴを示す行列を乗じて生成した行列にサブキャリア変調信号を乗じて第２データを生成して合成部１５に送る。合成部１５は所定の演算規則に従って、第１データに第２データを加算したデータまたは第１データから第２データを減算したデータからベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。送信部１６はベースバンド信号から送信信号を生成し、アンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、入力信号によっては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。
【０００３】
特許文献１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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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を低減するための処理を簡易化し、さらに加法性雑音を抑制して符号誤り率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算手段と、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【０００８】
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て並列信号を生成する直並列手段と、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算手段と、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【０００９】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算ステップと、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【００１０】
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て並列信号を生成する直並列ステップと、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算ステップと、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【００１１】
好ましくは、前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化し、さらに加法性雑音を抑制して符号誤り率を改善することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信機の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における変換行列の例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２における変換行列の例を示す図である。
【図６】シミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。
【図７】シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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、第１演算部１３、第２演算部１４、合成部１５、送信部１６、およびコントローラ２０を備える。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図２は、実施の形態１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、分解部３３、第３演算部３４、第４演算部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。
【００１９】
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。変調方式として、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）を用いる。直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換して並列信号を生成し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する。そして、サブキャリア変調信号を第１演算部１３および第２演算部１４に送る。
【００２０】
第１演算部１３はサブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列にサブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成し、合成部１５に送る。第１行列として、例えばＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transformation：逆離散フーリエ変換）を示す行列を用いる。第１演算部１３は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）を行って第１データを生成するよう構成してもよい。なお第１行列は、ＩＤＦＴを示す行列に限られず、サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調することができる正則行列であればよい。
【００２１】
第２演算部１４は第１行列と同じ大きさの所定の正則行列である変換行列に第１行列を乗じて算出した第２行列を用いる。第１行列Ｆ１−１、変換行列Ｃ１および第２行列Ｆ２−１の関係は、下記（１）式のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
第２演算部１４は、第２行列Ｆ２−１にサブキャリア変調信号を乗じて第２データを生成し、合成部１５に送る。変換行列Ｃ１は、変換行列Ｃ１の転置共役行列に変換行列Ｃ１を乗じた結果が単位行列に一致し、変換行列Ｃ１に変換行列Ｃ１の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致する、正則行列である。すなわち、変換行列Ｃ１はユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である。変換行列Ｃ１は、ユニタリ行列であるから下記（２ａ）式が成立する。Ｃ１＊は、Ｃ１の転置共役行列である。下記（２ａ）式を変換して、下記（２ｂ）式が導き出される。Ｃ１−１ は、Ｃ１の逆行列である。また変換行列Ｃ１は歪エルミート行列であるから下記（２ｃ）式が成立する。下記（２ｂ）式および（２ｃ）式より下記（２ｄ）式が導き出される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
図３は、実施の形態１における変換行列の例を示す図である。第２演算部１４は、第１行列の行数および列数が８である場合に、例えば図３に示す行列を変換行列Ｃ１として用いる。
【００２６】
合成部１５は、第１データに第２データを加算したデータおよび第１データから第２データを減算したデータの内、どちらか一方からベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。合成部１５が加算を行うか、減算を行うかは予め所定の演算規則で決められている。サブキャリア変調信号をｄとすると、演算結果ｕは下記（３）式で表される。以下の説明においては復号同順とする。
【００２７】
【数３】
【００２８】
合成部１５は演算結果ｕからベースバンド信号を生成する。後述するように、受信側でも同じ演算規則に従い、復調処理を行う。なおベースバンド信号にサブキャリア変調信号ｄの各要素が含まれるように、第１行列Ｆ１−１、第２行列Ｆ２−１および変換行列Ｃ１の各要素の値が決定される。
【００２９】
送信部１６は、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信する。
【００３０】
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する。そして、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号ｕを生成し、第３演算部３４および第４演算部３５に送る。第３演算部３４は、サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である、送信側で用いた第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１、に並列信号ｕを乗じて第３データを生成し、分解部３３に送る。第３データは下記（４ａ）式で表される。上記（１）式より、下記（４ｂ）式が導き出される。
【００３１】
【数４】
【００３２】
第４演算部３５は、第１行列Ｆ１−１と同じ大きさの所定の正則行列である変換行列Ｃ１に第１行列Ｆ１−１を乗じて算出した、送信側で用いた第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２を用いる。第４演算部３５は、第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２に並列信号ｕを乗じて第４データを生成し、分解部３３に送る。第４データは下記（５ａ）式で表される。上記（１）式を変形して、第１行列の逆行列Ｆ１、変換行列の逆行列Ｃ１−１および第２行列の逆行列Ｆ２の関係は、下記（６）式で表される。下記（６）式より、下記（５ｂ）式が導き出される。
【００３３】
【数５】
【００３４】
【数６】
【００３５】
分解部３３は、所定の演算規則に従って、第３データに第４データを加算して２で除算または第３データから第４データを減算して２で除算する。所定の演算規則は、送信側の合成部１５で用いた所定の演算規則と同じであり、分解部３３は、合成部１５で第１データに第２データを加算した場合には第３データに第４データを加算し、合成部１５で第１データから第２データを減算した場合には第３データから第４データを減算し、その後２で除算する演算を行う。その演算結果ｒは下記（７ａ）式で表される。ここで上記（４ｂ）、（５ｂ）式より、下記（７ｂ）式が導き出される。下記（７ｂ）式を変形して、下記（７ｃ）式が導き出される。上記（２ｄ）式より、下記（７ｄ）式が導き出される。したがって、分解部３３の演算結果ｒはサブキャリア変調信号ｄに一致する。
【００３６】
【数７】
【００３７】
分解部３３はサブキャリア変調信号ｄを並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号ｄを並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。
【００３８】
以上説明した原理に従って、通信機１は例えば以下のように通信を行う。第１演算部１３は下記（８）式に示す行数および列数が２のＩＤＦＴを示す行列を第１行列Ｆ１−１として用いる。
【００３９】
【数８】
【００４０】
第２演算部１４は下記（９ａ）式に示す変換行列Ｃ1を用いる。また変換行列Ｃ1の転置共役行列Ｃ１＊および逆行列Ｃ１−１はそれぞれ下記（９ｂ）、（９ｃ）式で表される。第２行列Ｆ２−１は下記（１０）式で表される。
【００４１】
【数９】
【００４２】
【数１０】
【００４３】
変換行列Ｃ１は上記（２ａ）〜（２ｄ）式を満たす。合成部１５は、第１データから第２データを減算した演算結果ｕからベースバンド信号を生成するものとする。演算結果ｕは下記（１１）式で表される。この場合は、サブキャリア変調信号ｄの各要素が演算結果ｕに含まれている。合成部１５は、演算結果ｕからベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。
【００４４】
【数１１】
【００４５】
送信部１６はベースバンド信号から送信信号を生成して、他の機器に送信する。受信部３６は、送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成する。そしてベースバンド信号を直並列変換して並列信号ｕを生成し、第３演算部３４および第４演算部３５に送る。第３演算部３４が用いる第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１は下記（１２）式で表される。また第４演算部３５が用いる第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２は下記（１３）式で表される。
【００４６】
【数１２】
【００４７】
【数１３】
【００４８】
分解部３３は、第３データから第４データを減算して２で除算する。その演算結果ｒは下記（１４）式で表される。演算結果ｒがサブキャリア変調信号ｄに一致することがわかる。
【００４９】
【数１４】
【００５０】
分解部３３はサブキャリア変調信号ｄを並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号を並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。
【００５１】
図４は、実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の実施の形態と異なり、第１演算部１３が第２演算部１４に第１データを送る。第２演算部１４は変換行列に第１データを乗じて、第２データを生成する。また上述の実施の形態では、受信側は送信側で用いた第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１と第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２を保持しているが、受信側は第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１と変換行列Ｃ１の逆行列Ｃ１−１を保持するよう構成してもよい。その場合は、第４演算部３５は、第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１に変換行列Ｃ１の逆行列Ｃ１−１を乗じて、さらに並列信号ｕを乗じて第４データを生成する。
【００５２】
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、所定の行列を用いてＰＡＰＲを低減することができる。サブキャリアごとに位相を制御するといった処理が不要であるため、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る通信機１の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態２に係る通信機１では、実施の形態１と異なる所定の正則行列を変換行列として用いる。実施の形態２で用いる変換行列は、変換行列の転置共役行列に変換行列を乗じた結果が単位行列にほぼ一致し、変換行列に変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列にほぼ一致する、正則行列である。
【００５４】
実施の形態２で用いる変換行列Ｃ２は、ユニタリ行列でなく、歪エルミート行列でもない。しかし、下記（１５ａ）式に示すように、変換行列Ｃ２の転置共役行列Ｃ２＊に変換行列Ｃ２を乗じた結果が単位行列にほぼ一致する。下記（１５ａ）式を変形して、下記（１５ｂ）式が導き出される。また下記（１５ｃ）式に示すように、変換行列Ｃ２に変換行列Ｃ２の転置共役行列Ｃ２＊を加算した結果が零行列にほぼ一致する。下記（１５ｂ）、（１５ｃ）式より、下記（１５ｄ）式が導き出される。したがって、上記（７ｃ）式から上記（７ｄ）式を導き出すことができ、受信側で入力信号を復調することができる。
【００５５】
【数１５】
【００５６】
すなわち、上記（１５ｄ）式が成立するのであれば、変換行列は必ずしもユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である必要はない。
【００５７】
図５は、本発明の実施の形態２における変換行列の例を示す図である。実施の形態２に係る通信機１は、例えば図５に示す行列を変換行列Ｃ２として用いる。図５に示す変換行列Ｃ２と、図３に示すユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である変換行列Ｃ１との異なる要素の値は０．１または−０．１であり、図３に示す行列との差分は微小である。そのため、図５に示す行列はほぼユニタリ行列であるとみなせ、上記（１５ａ）、（１５ｂ）式が成立する。また図５に示す行列はほぼ歪エルミート行列であるとみなせるので、上記（１５ｃ）式が成立する。上記（１５ｂ）、（１５ｃ）式より、上記（１５ｄ）式が導き出される。
【００５８】
以上説明したとおり、本実施の形態２に係る通信機１によれば、実施の形態１とは異なる所定の行列を用いてＰＡＰＲを低減することができる。サブキャリアごとに位相を制御するといった処理が不要であるため、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能となる。
【００５９】
（具体例）
次に、シミュレーションにより上述の実施の形態に係る発明の効果を説明する。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合、実施の形態１の場合、実施の形態２の場合についてベースバンド信号を生成するシミュレーションを行った。実施の形態１の場合は変換行列として図３に示す行列を用い、実施の形態２の場合は変換行列として図５に示す行列を用いた。入力信号としてランダム信号を用い、変調方式としてＱＰＳＫを用い、第１行列、変換行列、および第２行列の行数および列数を８として、シミュレーションを行った。実施の形態１および２の場合については、合成部１５で第１データから第２データを減算した。
【００６０】
図６は、シミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合、実施の形態１の場合、実施の形態２の場合について、ベースバンド信号の生成を繰り返し、それぞれＰＡＰＲの最大値の平均値、ＰＡＰＲの最小値の平均値、およびＰＡＰＲの最大値と最小値の差であるＰＡＰＲ幅を算出した。単位は全てｄＢである。
【００６１】
従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合のＰＡＰＲの最大値は９．０ｄＢ、最小値は０ｄＢ、幅は９．０ｄＢである。実施の形態１の場合のＰＡＰＲの最大値は７．２ｄＢ、最小値は０ｄＢ、幅は７．２ｄＢである。実施の形態２の場合のＰＡＰＲの最大値は７．４ｄＢ、最小値は０．４ｄＢ、幅は７．０ｄＢである。
【００６２】
実施の形態１は従来技術と比べて、ＰＡＰＲの最大値が１．８ｄＢ低減し、実施の形態２では１．６ｄＢ低減している。実施の形態２では最大値の低減の程度は実施の形態１に比べて劣るが、ＰＡＰＲ幅が７．０ｄＢと最も小さくなっている。ＰＡＰＲの幅が小さくなると、増幅器において線形性が求められる範囲が狭まるという利点がある。実施の形態２においては、変換行列における０．１または−０．１などの微小な要素によって、ＰＡＰＲが変化するため、変換行列の要素の値を変えることにより、ＰＡＰＲを制御することが可能となる。すなわち、図６に示す実施の形態２のＰＡＰＲ最大値、ＰＡＰＲ最小値およびＰＡＰＲ幅は可変である。
【００６３】
次に、ＢＥＲ(Bit Error Rate：符号誤り率)についてのシミュレーションを行った。図７は、シミュレーションした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。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合のＢＥＲはプロット点を四角で表した実線のグラフであり、実施の形態１のＢＥＲはプロット点を三角で表した点線のグラフであり、実施の形態２のＢＥＲはプロット点を丸で表した破線のグラフである。従来技術に比べ、実施の形態１では雑音が約３ｄＢ大きくなっても、符号誤り率が悪化しない。分解部３３において、第３データと第４データの和または差を算出し、２で除算しているので雑音が小さくなり、符号誤り率が改善する。
【００６４】
また実施の形態２においては、変換行列の０．１または−０．１などの要素の値を変えることにより、ＢＥＲの値も制御することができる。
【００６５】
したがって、実施の形態１および実施の形態２に係る通信機１によれば、従来技術に比べてよりＰＡＰＲを低減させ、さらに加法性雑音を抑制してＢＥＲを改善することが可能となる。またＰＡＰＲを低減するために計算処理の繰り返しやサブキャリアごとの位相制御を行う必要がないので、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能である。さらに実施の形態２においては、変換行列の要素の値を変更することにより、ＰＡＰＲの幅およびＢＥＲを制御することができる。
【００６６】
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。変調部１１と直並列変換部１２の順序を変えて、入力信号を直並列変換してサブキャリア信号に割り当て、並列信号の各データを所定の変調方式で変調するよう構成してもよい。その場合、受信側では復調部３１と並直列変換部３２の順序を変えて、復調処理を行う。
【符号の説明】
【００６７】
１ 通信機
１０ アンテナ
１１ 変調部
１２ 直並列変換部
１３ 第１演算部
１４ 第２演算部
１５ 合成部
１６ 送信部
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ Ｉ／Ｏ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ 復調部
３２ 並直列変換部
３３ 分解部
３４ 第３演算部
３５ 第４演算部
３６ 受信部
３７ 送受信切替部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、入力信号によっては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。
【０００３】
特許文献１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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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を低減するための処理を簡易化し、さらに加法性雑音を抑制して符号誤り率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算手段と、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【０００８】
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て並列信号を生成する直並列手段と、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算手段と、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【０００９】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算ステップと、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【００１０】
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て並列信号を生成する直並列ステップと、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算ステップと、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【００１１】
好ましくは、前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化し、さらに加法性雑音を抑制して符号誤り率を改善することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信機の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における変換行列の例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２における変換行列の例を示す図である。
【図６】シミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。
【図７】シミュレーションしたＢＥＲ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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、第１演算部１３、第２演算部１４、合成部１５、送信部１６、およびコントローラ２０を備える。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図２は、実施の形態１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、分解部３３、第３演算部３４、第４演算部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。
【００１９】
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。変調方式として、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）を用いる。直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換して並列信号を生成し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する。そして、サブキャリア変調信号を第１演算部１３および第２演算部１４に送る。
【００２０】
第１演算部１３はサブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列にサブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成し、合成部１５に送る。第１行列として、例えばＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transformation：逆離散フーリエ変換）を示す行列を用いる。第１演算部１３は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）を行って第１データを生成するよう構成してもよい。なお第１行列は、ＩＤＦＴを示す行列に限られず、サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調することができる正則行列であればよい。
【００２１】
第２演算部１４は第１行列と同じ大きさの所定の正則行列である変換行列に第１行列を乗じて算出した第２行列を用いる。第１行列Ｆ１−１、変換行列Ｃ１および第２行列Ｆ２−１の関係は、下記（１）式のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
第２演算部１４は、第２行列Ｆ２−１にサブキャリア変調信号を乗じて第２データを生成し、合成部１５に送る。変換行列Ｃ１は、変換行列Ｃ１の転置共役行列に変換行列Ｃ１を乗じた結果が単位行列に一致し、変換行列Ｃ１に変換行列Ｃ１の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致する、正則行列である。すなわち、変換行列Ｃ１はユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である。変換行列Ｃ１は、ユニタリ行列であるから下記（２ａ）式が成立する。Ｃ１＊は、Ｃ１の転置共役行列である。下記（２ａ）式を変換して、下記（２ｂ）式が導き出される。Ｃ１−１ は、Ｃ１の逆行列である。また変換行列Ｃ１は歪エルミート行列であるから下記（２ｃ）式が成立する。下記（２ｂ）式および（２ｃ）式より下記（２ｄ）式が導き出される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
図３は、実施の形態１における変換行列の例を示す図である。第２演算部１４は、第１行列の行数および列数が８である場合に、例えば図３に示す行列を変換行列Ｃ１として用いる。
【００２６】
合成部１５は、第１データに第２データを加算したデータおよび第１データから第２データを減算したデータの内、どちらか一方からベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。合成部１５が加算を行うか、減算を行うかは予め所定の演算規則で決められている。サブキャリア変調信号をｄとすると、演算結果ｕは下記（３）式で表される。以下の説明においては復号同順とする。
【００２７】
【数３】
【００２８】
合成部１５は演算結果ｕからベースバンド信号を生成する。後述するように、受信側でも同じ演算規則に従い、復調処理を行う。なおベースバンド信号にサブキャリア変調信号ｄの各要素が含まれるように、第１行列Ｆ１−１、第２行列Ｆ２−１および変換行列Ｃ１の各要素の値が決定される。
【００２９】
送信部１６は、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信する。
【００３０】
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する。そして、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号ｕを生成し、第３演算部３４および第４演算部３５に送る。第３演算部３４は、サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である、送信側で用いた第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１、に並列信号ｕを乗じて第３データを生成し、分解部３３に送る。第３データは下記（４ａ）式で表される。上記（１）式より、下記（４ｂ）式が導き出される。
【００３１】
【数４】
【００３２】
第４演算部３５は、第１行列Ｆ１−１と同じ大きさの所定の正則行列である変換行列Ｃ１に第１行列Ｆ１−１を乗じて算出した、送信側で用いた第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２を用いる。第４演算部３５は、第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２に並列信号ｕを乗じて第４データを生成し、分解部３３に送る。第４データは下記（５ａ）式で表される。上記（１）式を変形して、第１行列の逆行列Ｆ１、変換行列の逆行列Ｃ１−１および第２行列の逆行列Ｆ２の関係は、下記（６）式で表される。下記（６）式より、下記（５ｂ）式が導き出される。
【００３３】
【数５】
【００３４】
【数６】
【００３５】
分解部３３は、所定の演算規則に従って、第３データに第４データを加算して２で除算または第３データから第４データを減算して２で除算する。所定の演算規則は、送信側の合成部１５で用いた所定の演算規則と同じであり、分解部３３は、合成部１５で第１データに第２データを加算した場合には第３データに第４データを加算し、合成部１５で第１データから第２データを減算した場合には第３データから第４データを減算し、その後２で除算する演算を行う。その演算結果ｒは下記（７ａ）式で表される。ここで上記（４ｂ）、（５ｂ）式より、下記（７ｂ）式が導き出される。下記（７ｂ）式を変形して、下記（７ｃ）式が導き出される。上記（２ｄ）式より、下記（７ｄ）式が導き出される。したがって、分解部３３の演算結果ｒはサブキャリア変調信号ｄに一致する。
【００３６】
【数７】
【００３７】
分解部３３はサブキャリア変調信号ｄを並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号ｄを並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。
【００３８】
以上説明した原理に従って、通信機１は例えば以下のように通信を行う。第１演算部１３は下記（８）式に示す行数および列数が２のＩＤＦＴを示す行列を第１行列Ｆ１−１として用いる。
【００３９】
【数８】
【００４０】
第２演算部１４は下記（９ａ）式に示す変換行列Ｃ1を用いる。また変換行列Ｃ1の転置共役行列Ｃ１＊および逆行列Ｃ１−１はそれぞれ下記（９ｂ）、（９ｃ）式で表される。第２行列Ｆ２−１は下記（１０）式で表される。
【００４１】
【数９】
【００４２】
【数１０】
【００４３】
変換行列Ｃ１は上記（２ａ）〜（２ｄ）式を満たす。合成部１５は、第１データから第２データを減算した演算結果ｕからベースバンド信号を生成するものとする。演算結果ｕは下記（１１）式で表される。この場合は、サブキャリア変調信号ｄの各要素が演算結果ｕに含まれている。合成部１５は、演算結果ｕからベースバンド信号を生成し、送信部１６に送る。
【００４４】
【数１１】
【００４５】
送信部１６はベースバンド信号から送信信号を生成して、他の機器に送信する。受信部３６は、送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成する。そしてベースバンド信号を直並列変換して並列信号ｕを生成し、第３演算部３４および第４演算部３５に送る。第３演算部３４が用いる第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１は下記（１２）式で表される。また第４演算部３５が用いる第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２は下記（１３）式で表される。
【００４６】
【数１２】
【００４７】
【数１３】
【００４８】
分解部３３は、第３データから第４データを減算して２で除算する。その演算結果ｒは下記（１４）式で表される。演算結果ｒがサブキャリア変調信号ｄに一致することがわかる。
【００４９】
【数１４】
【００５０】
分解部３３はサブキャリア変調信号ｄを並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号を並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。
【００５１】
図４は、実施の形態１に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の実施の形態と異なり、第１演算部１３が第２演算部１４に第１データを送る。第２演算部１４は変換行列に第１データを乗じて、第２データを生成する。また上述の実施の形態では、受信側は送信側で用いた第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１と第２行列Ｆ２−１の逆行列Ｆ２を保持しているが、受信側は第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１と変換行列Ｃ１の逆行列Ｃ１−１を保持するよう構成してもよい。その場合は、第４演算部３５は、第１行列Ｆ１−１の逆行列Ｆ１に変換行列Ｃ１の逆行列Ｃ１−１を乗じて、さらに並列信号ｕを乗じて第４データを生成する。
【００５２】
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、所定の行列を用いてＰＡＰＲを低減することができる。サブキャリアごとに位相を制御するといった処理が不要であるため、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る通信機１の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態２に係る通信機１では、実施の形態１と異なる所定の正則行列を変換行列として用いる。実施の形態２で用いる変換行列は、変換行列の転置共役行列に変換行列を乗じた結果が単位行列にほぼ一致し、変換行列に変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列にほぼ一致する、正則行列である。
【００５４】
実施の形態２で用いる変換行列Ｃ２は、ユニタリ行列でなく、歪エルミート行列でもない。しかし、下記（１５ａ）式に示すように、変換行列Ｃ２の転置共役行列Ｃ２＊に変換行列Ｃ２を乗じた結果が単位行列にほぼ一致する。下記（１５ａ）式を変形して、下記（１５ｂ）式が導き出される。また下記（１５ｃ）式に示すように、変換行列Ｃ２に変換行列Ｃ２の転置共役行列Ｃ２＊を加算した結果が零行列にほぼ一致する。下記（１５ｂ）、（１５ｃ）式より、下記（１５ｄ）式が導き出される。したがって、上記（７ｃ）式から上記（７ｄ）式を導き出すことができ、受信側で入力信号を復調することができる。
【００５５】
【数１５】
【００５６】
すなわち、上記（１５ｄ）式が成立するのであれば、変換行列は必ずしもユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である必要はない。
【００５７】
図５は、本発明の実施の形態２における変換行列の例を示す図である。実施の形態２に係る通信機１は、例えば図５に示す行列を変換行列Ｃ２として用いる。図５に示す変換行列Ｃ２と、図３に示すユニタリ行列であり、かつ歪エルミート行列である変換行列Ｃ１との異なる要素の値は０．１または−０．１であり、図３に示す行列との差分は微小である。そのため、図５に示す行列はほぼユニタリ行列であるとみなせ、上記（１５ａ）、（１５ｂ）式が成立する。また図５に示す行列はほぼ歪エルミート行列であるとみなせるので、上記（１５ｃ）式が成立する。上記（１５ｂ）、（１５ｃ）式より、上記（１５ｄ）式が導き出される。
【００５８】
以上説明したとおり、本実施の形態２に係る通信機１によれば、実施の形態１とは異なる所定の行列を用いてＰＡＰＲを低減することができる。サブキャリアごとに位相を制御するといった処理が不要であるため、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能となる。
【００５９】
（具体例）
次に、シミュレーションにより上述の実施の形態に係る発明の効果を説明する。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合、実施の形態１の場合、実施の形態２の場合についてベースバンド信号を生成するシミュレーションを行った。実施の形態１の場合は変換行列として図３に示す行列を用い、実施の形態２の場合は変換行列として図５に示す行列を用いた。入力信号としてランダム信号を用い、変調方式としてＱＰＳＫを用い、第１行列、変換行列、および第２行列の行数および列数を８として、シミュレーションを行った。実施の形態１および２の場合については、合成部１５で第１データから第２データを減算した。
【００６０】
図６は、シミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合、実施の形態１の場合、実施の形態２の場合について、ベースバンド信号の生成を繰り返し、それぞれＰＡＰＲの最大値の平均値、ＰＡＰＲの最小値の平均値、およびＰＡＰＲの最大値と最小値の差であるＰＡＰＲ幅を算出した。単位は全てｄＢである。
【００６１】
従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合のＰＡＰＲの最大値は９．０ｄＢ、最小値は０ｄＢ、幅は９．０ｄＢである。実施の形態１の場合のＰＡＰＲの最大値は７．２ｄＢ、最小値は０ｄＢ、幅は７．２ｄＢである。実施の形態２の場合のＰＡＰＲの最大値は７．４ｄＢ、最小値は０．４ｄＢ、幅は７．０ｄＢである。
【００６２】
実施の形態１は従来技術と比べて、ＰＡＰＲの最大値が１．８ｄＢ低減し、実施の形態２では１．６ｄＢ低減している。実施の形態２では最大値の低減の程度は実施の形態１に比べて劣るが、ＰＡＰＲ幅が７．０ｄＢと最も小さくなっている。ＰＡＰＲの幅が小さくなると、増幅器において線形性が求められる範囲が狭まるという利点がある。実施の形態２においては、変換行列における０．１または−０．１などの微小な要素によって、ＰＡＰＲが変化するため、変換行列の要素の値を変えることにより、ＰＡＰＲを制御することが可能となる。すなわち、図６に示す実施の形態２のＰＡＰＲ最大値、ＰＡＰＲ最小値およびＰＡＰＲ幅は可変である。
【００６３】
次に、ＢＥＲ(Bit Error Rate：符号誤り率)についてのシミュレーションを行った。図７は、シミュレーションした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。従来技術と同様にＩＤＦＴを示す行列を用いた場合のＢＥＲはプロット点を四角で表した実線のグラフであり、実施の形態１のＢＥＲはプロット点を三角で表した点線のグラフであり、実施の形態２のＢＥＲはプロット点を丸で表した破線のグラフである。従来技術に比べ、実施の形態１では雑音が約３ｄＢ大きくなっても、符号誤り率が悪化しない。分解部３３において、第３データと第４データの和または差を算出し、２で除算しているので雑音が小さくなり、符号誤り率が改善する。
【００６４】
また実施の形態２においては、変換行列の０．１または−０．１などの要素の値を変えることにより、ＢＥＲの値も制御することができる。
【００６５】
したがって、実施の形態１および実施の形態２に係る通信機１によれば、従来技術に比べてよりＰＡＰＲを低減させ、さらに加法性雑音を抑制してＢＥＲを改善することが可能となる。またＰＡＰＲを低減するために計算処理の繰り返しやサブキャリアごとの位相制御を行う必要がないので、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能である。さらに実施の形態２においては、変換行列の要素の値を変更することにより、ＰＡＰＲの幅およびＢＥＲを制御することができる。
【００６６】
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。変調部１１と直並列変換部１２の順序を変えて、入力信号を直並列変換してサブキャリア信号に割り当て、並列信号の各データを所定の変調方式で変調するよう構成してもよい。その場合、受信側では復調部３１と並直列変換部３２の順序を変えて、復調処理を行う。
【符号の説明】
【００６７】
１ 通信機
１０ アンテナ
１１ 変調部
１２ 直並列変換部
１３ 第１演算部
１４ 第２演算部
１５ 合成部
１６ 送信部
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ Ｉ／Ｏ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ 復調部
３２ 並直列変換部
３３ 分解部
３４ 第３演算部
３５ 第４演算部
３６ 受信部
３７ 送受信切替部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算手段と、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【請求項２】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項１に記載の通信機。
【請求項３】
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て並列信号を生成する直並列手段と、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算手段と、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【請求項４】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項３に記載の通信機。
【請求項５】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算ステップと、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【請求項６】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項５に記載の通信方法。
【請求項７】
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て並列信号を生成する直並列ステップと、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算ステップと、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【請求項８】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
【請求項１】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算手段と、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【請求項２】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項１に記載の通信機。
【請求項３】
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て並列信号を生成する直並列手段と、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算手段と、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算手段と、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【請求項４】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項３に記載の通信機。
【請求項５】
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、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられた前記サブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列に前記サブキャリア変調信号を乗じて第１データを生成する第１演算ステップと、
前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列に、前記第１行列を乗じて算出した行列に前記サブキャリア変調信号に乗じて、または前記変換行列に前記第１データを乗じて、第２データを生成する第２演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第１データに前記第２データを加算したデータまたは前記第１データから前記第２データを減算したデータから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。
【請求項６】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項５に記載の通信方法。
【請求項７】
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て並列信号を生成する直並列ステップと、
サブキャリア変調信号をそれぞれ割り当てられたサブキャリアで変調するための所定の正則行列である第１行列の逆行列に前記並列信号を乗じて、第３データを生成する第３演算ステップと、
前記第１行列に、前記第１行列と同じ大きさの所定の正則行列であって、該行列の転置共役行列に該行列を乗じた結果が単位行列に一致またはほぼ一致し、該行列に該行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致またはほぼ一致する変換行列を乗じて算出した行列の逆行列に一致する所定の行列に前記並列信号を乗じて、第４データを生成する第４演算ステップと、
所定の演算規則に従って、前記第３データに前記第４データを加算したデータを２で除算し、または前記第３データから前記第４データを減算したデータを２で除算して、前記サブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復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。
【請求項８】
前記変換行列の転置共役行列に前記変換行列を乗じた結果が単位行列に一致し、前記変換行列に前記変換行列の転置共役行列を加算した結果が零行列に一致することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１０５９７（Ｐ２０１３−１１０５９７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４２２７（Ｐ２０１１−２５４２２７）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００１００７４６）アイコム株式会社 (273)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００１００７４６）アイコム株式会社 (273)
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