JP6858405B2 - Communication method and communication device - Google Patents
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Description
本発明は、マルチキャリア通信に関するものである。 The present invention relates to multi-carrier communication.
地上デジタル放送の本格的運用と共に、超高精細な映像技術(4K・8K)を用いたより高度な放送サービスの提供が要求されてきている。地上移動通信においては、周波数利用効率が高く、高速・大容量通信、多数接続等が可能となる第5世代移動通信システムの国際標準化に向けた研究開発が進められている。地上デジタル放送および4GLTE方式では、占有周波数帯域の狭帯域化および周波数選択性干渉に対する耐干渉特性を有するOFDM方式採用されている。 Along with the full-scale operation of terrestrial digital broadcasting, there is a demand for the provision of more advanced broadcasting services using ultra-high-definition video technology (4K / 8K). In terrestrial mobile communications, research and development are underway toward the international standardization of fifth-generation mobile communication systems, which have high frequency utilization efficiency and enable high-speed, large-capacity communications, multiple connections, and the like. In the terrestrial digital broadcasting and the 4GLTE system, an OFDM system having an interference resistance characteristic against narrowing of the occupied frequency band and frequency selective interference is adopted.
同期した周期関数を用いたOFDM方式では、一般的にPAPR(Peak to average power ratio)が高く、通信品質の劣化を招き易い。また、送信系での相互変調歪みから占有帯域幅の拡大と隣接干渉が増加する欠点もあり、周波数有効利用からも課題が残っている。 In the OFDM method using a synchronized periodic function, PAPR (Peak to average power ratio) is generally high, and communication quality is likely to deteriorate. In addition, there is a drawback that the occupied bandwidth is expanded and the adjacent interference is increased due to the intermodulation distortion in the transmission system, and there remains a problem from the effective use of frequency.
本発明は、上記の課題の解決に関連してなされたものである。 The present invention has been made in connection with solving the above problems.
本発明の一の態様は、通信方法であって、マルチキャリアを用いて通信を行うことを含み、前記マルチキャリアの周波数配置は、マルチキャリア間が非同期であり、周波数間隔が非等間隔である概周期周波数配置を含む。なお、ここでは、通信は、放送を含む意である。本発明の他の態様は、通信機であって、送信符号に基づいてサブキャリアを変調する変調部を備える。サブキャリアの周波数配置は、フレーム時間長に対して非同期となる概周期配置を含む。 One aspect of the present invention is a communication method, which comprises performing communication using a multi-carrier, and the frequency arrangement of the multi-carrier is asynchronous between the multi-carriers and the frequency intervals are unequal. Almost periodic frequency arrangement is included. Here, communication is meant to include broadcasting. Another aspect of the present invention is a communicator, comprising a modulator that modulates a subcarrier based on a transmission code. The frequency arrangement of the subcarriers includes an almost periodic arrangement that is asynchronous with respect to the frame time length.
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[1.実施形態の概要]
実施形態に係る通信方法は、マルチキャリアを用いて通信を行うことを含む通信方法である。マルチキャリアの周波数配置は、キャリア間の周波数間隔が非等間隔である概周期周波数配置を含む。実施形態において概周期周波数配置とは、信号列の区切りとするフレーム時間長に対して何れのサブキャリア間においても非同期である周波数配置であり、非等間隔な配置を含む。また、概周期周波数(Almost Periodic Frequnecy)とは、概周期周波数配置上の各々のサブキャリアの周波数をいう。[1. Outline of the embodiment]
The communication method according to the embodiment is a communication method including communication using a multi-carrier. The multicarrier frequency arrangement includes an almost periodic frequency arrangement in which the frequency intervals between carriers are non-equal intervals. In the embodiment, the almost periodic frequency arrangement is a frequency arrangement that is asynchronous between any subcarriers with respect to the frame time length that separates the signal trains, and includes non-equidistant arrangements. Almost periodic frequency (Almost Periodic Frequency) refers to the frequency of each subcarrier on the almost periodic frequency arrangement.
ここで、従来のOFDMでは、キャリア(サブキャリア)を互いに干渉させないように、サブキャリアの周波数間隔は、直交条件を満たすように等間隔で設定される。OFDMでは、直交条件を満たす等間隔のサブキャリア配置とすることで、各サブキャリアの帯域が重複するようにサブキャリアの周波数間隔を小さくしても、サブキャリア同士の干渉を防止できる。ただし、OFDMでは、サブキャリアが周期的に等間隔で配置されているため、PAPRが高くなりやすい。これに対して、本実施形態では、フレーム時間長に対して各々のサブキャリアが非同期となる概周期周波数配置であるため、キャリア多重数が多くなっても、PAPRが高くなるのを抑制できる。 Here, in the conventional OFDM, the frequency intervals of the subcarriers are set at equal intervals so as to satisfy the orthogonality condition so that the carriers (subcarriers) do not interfere with each other. In OFDM, by arranging subcarriers at equal intervals that satisfy the orthogonality condition, interference between subcarriers can be prevented even if the frequency intervals of the subcarriers are reduced so that the bands of the subcarriers overlap. However, in OFDM, the PAPR tends to be high because the subcarriers are periodically arranged at equal intervals. On the other hand, in the present embodiment, since each subcarrier has an almost periodic frequency arrangement that is asynchronous with respect to the frame time length, it is possible to suppress an increase in PAPR even if the number of carriers is increased.
概周期周波数配置は、概周期関数に基づいて決定することができる。概周期関数は、Weyl系列に基づくものすることができる。Weyl系列は、無理数の整数倍の小数部分は[0,1)に一様分布するというWeylの一様分布定理に基づいている。また、拡張して実数倍の小数部分も[0,1)に一様分布する。概周期周波数は、無理数群から決定されてもよいし、無理数の有効桁数を制限した有理数群から決定されてもよいし、概周期関数に基づいて決定される無理数に近似する有理数群から決定されてもよい。 Almost periodic frequency arrangement can be determined based on the almost periodic function. Almost periodic functions can be based on the Weyl series. The Weyl series is based on Weyl's uniform distribution theorem that the fractional part, which is an integral multiple of an irrational number, is uniformly distributed in [0,1]. In addition, the expanded fractional part, which is a multiple of the real number, is also uniformly distributed in [0,1]. Almost periodic frequency may be determined from a group of irrational numbers, may be determined from a group of rational numbers that limit the number of effective digits of the irrational number, or a rational number that approximates an irrational number determined based on an irrational function. It may be determined from the group.
概周期周波数配置は、サブキャリア間の周波数間隔が等間隔に近い配置にする場合には、サブキャリアの周波数間隔が等間隔である基準周波数配置を決めて、概周期関数を用いた素数から生成された概周期周波数群から、サブキャリア間の周波数間隔が等間隔である基準周波数配置における基準キャリア周波数に近い概周期周波数を選択することによって決定することができる。概周期周波数群は、概周期関数を用いて生成できる。基準周波数配置は、OFDMにおけるキャリア周波数配置のように、直交条件を満たし、キャリア間の周波数間隔が等間隔である周波数配置が好ましいが、適用する通信の形態によって最適な基準周波数配置を決めても良い。基準キャリア周波数は、基準周波数配置における各キャリア周波数である。基準キャリア周波数に近い概周期周波数を決定した場合には、キャリアを密に配置でき、キャリア間の干渉も抑えることができる。 Almost periodic frequency arrangement is generated from prime numbers using the almost periodic function by determining the reference frequency arrangement in which the frequency intervals of the subcarriers are evenly spaced when the frequency intervals between the subcarriers are close to equal intervals. It can be determined by selecting an almost periodic frequency close to the reference carrier frequency in the reference frequency arrangement in which the frequency intervals between the subcarriers are evenly spaced from the obtained approximate periodic frequency group. Almost periodic frequencies can be generated using an almost periodic function. As the reference frequency arrangement, it is preferable that the frequency arrangement satisfies the orthogonality condition and the frequency intervals between carriers are equal as in the carrier frequency arrangement in OFDM, but the optimum reference frequency arrangement may be determined depending on the communication mode to be applied. good. The reference carrier frequency is each carrier frequency in the reference frequency arrangement. When an almost periodic frequency close to the reference carrier frequency is determined, the carriers can be densely arranged and interference between carriers can be suppressed.
複合した概周期周波数配置は、少なくとも、第1部分概周期周波数配置と、第1部分概周期周波数配置以外の第2部分概周期周波数配置と、を含み、第1部分以外の第2部分概周期周波数配置は、第1部分概周期周波数配置を周波数シフトして容易に得られる。第1部分概周期周波数配置は、概周期関数に基づき決定することができる。第1部分概周期周波数配置以外の第2部分概周期周波数配置は、第1部分概周期周波数配置を周波数シフトして得ることで、フレーム時間長に対して第1部分と第1部分以外の各々のサブキャリアが非同期とすることが出来て、概周期周波数配置を得る事ができる。なお、周波数シフトによって、第1部分概周期周波数配置から、複数の部分概周期周波数配置を得ても良い。すなわち、周波数シフトによって、1又は複数の部分概周期周波数配置を得ることができる。複数の部分概周期周波数配置を得る場合、第1部分概周期周波数配置からの周波数シフト量をそれぞれ異ならせればよい。 The composite almost periodic frequency arrangement includes at least a first partial almost periodic frequency arrangement and a second partial almost periodic frequency arrangement other than the first partial almost periodic frequency arrangement, and the second partial periodic frequency arrangement other than the first part. The frequency arrangement can be easily obtained by frequency-shifting the first partial periodic frequency arrangement. The first partial almost periodic frequency arrangement can be determined based on the almost periodic function. The second part almost periodic frequency arrangement other than the first part almost periodic frequency arrangement is obtained by frequency-shifting the first part almost periodic frequency arrangement, respectively, with respect to the frame time length, except for the first part and the first part. Subcarriers can be asynchronous, and almost periodic frequency arrangements can be obtained. It should be noted that a plurality of partial general periodic frequency arrangements may be obtained from the first partial general periodic frequency arrangement by frequency shifting. That is, frequency shifting can provide one or more partial almost periodic frequency arrangements. When obtaining a plurality of partial general periodic frequency arrangements, the amount of frequency shift from the first partial general periodic frequency arrangement may be different from each other.
マルチキャリアの周波数配置は、サブキャリアの空白部分を含んでいても良い。キャリアの空白部分は、例えば、サブキャリア間干渉を防止するガード区間として用いても良いし、ノイズ測定用区間として用いても良い。 The frequency arrangement of the multicarrier may include a blank portion of the subcarrier. The blank portion of the carrier may be used, for example, as a guard section for preventing interference between subcarriers, or may be used as a noise measurement section.
マルチキャリアの周波数配置は、概周期周波数配置を含むとともに、概周期周波数配置ではない周波数配置も部分的に含んでも良い。例えば、マルチキャリアの周波数配置は、フレーム時間長に対してサブキャリアが同期となる周波数配置を含んでいても、概周期周波数配置の非同期は維持される。マルチキャリアの周波数配置は、パイロット周波数を含んでも良い。また、パイロット周波数を用いて搬送波再生を行っても良い。 The frequency arrangement of the multicarrier may include an almost periodic frequency arrangement and also partially include a frequency arrangement other than the almost periodic frequency arrangement. For example, the multicarrier frequency arrangement maintains the asynchrony of the almost periodic frequency arrangement even if it includes a frequency arrangement in which the subcarriers are synchronized with respect to the frame time length. The multicarrier frequency arrangement may include pilot frequencies. Further, the carrier wave may be reproduced using the pilot frequency.
マルチキャリアに含まれる各キャリアには、伝送効率を上げるためにQPSK、N−QAMなどのN値多重変調が行われていても良いし、パワーレベル変調が行われていても良いし、位相変調が行われていても良い。マルチキャリアのフレームに窓関数をかけてスペクトラムを一様化してもよい。 Each carrier included in the multicarrier may be subjected to N-value multiplex modulation such as QPSK or N-QAM in order to increase transmission efficiency, power level modulation may be performed, or phase modulation. May be done. A window function may be applied to the multicarrier frame to make the spectrum uniform.
マルチキャリア通信の送信系では、概周期周波数配置のマルチキャリアの時間軸上の信号を、FFT処理した後、送信周波数を帯域制限し、その後、IFFT処理して時間軸上の信号に変換して送信することができる。 In the transmission system of multi-carrier communication, the signal on the time axis of the multi-carrier having the approximate periodic frequency arrangement is subjected to FFT processing, the transmission frequency is band-limited, and then IFFT processing is performed to convert it into a signal on the time axis. Can be sent.
マルチキャリア通信の受信系では、送信に用いられた概周期周波数配置と同じ概周期周波数配置を予めFFT処理しておき、概周期周波数配置のマルチキャリアの受信信号のFFT処理後に相互相関値を求めて、送信された概周期周波数の変調された符号を検出することができる。相互相関値は、時間軸上で求めてもよいし、クロススペクトラムから求めても良い。 In the reception system of multi-carrier communication, the same general-period frequency arrangement as that used for transmission is FFT-processed in advance, and the cross-correlation value is obtained after the FFT processing of the multi-carrier reception signal of the general-period frequency arrangement. Therefore, the modulated code of the transmitted almost periodic frequency can be detected. The cross-correlation value may be obtained on the time axis or may be obtained from the cross spectrum.
マルチキャリア通信の送信系では、概周期周波数配置のマルチキャリア送信の電力に制限を加えて、PAPRをより改善してもよい。 In the transmission system of multi-carrier communication, PAPR may be further improved by limiting the power of multi-carrier transmission in the almost periodic frequency arrangement.
マルチキャリア通信の送信系では、概周期周波数配置のマルチキャリア信号を、必要な無線周波数バンドに周波数コンバート(アップコンバート)し、受信系では、無線周波数バンドの受信信号をダウンコンバートして基底周波数帯の概周期周波数配置のマルチキャリア信号を得ても良い。 In the transmission system of multi-carrier communication, the multi-carrier signal of the approximate periodic frequency arrangement is frequency-converted (up-converted) to the required radio frequency band, and in the reception system, the reception signal of the radio frequency band is down-converted to the base frequency band. A multi-carrier signal having an approximately periodic frequency arrangement of the above may be obtained.
概周期周波数配置のマルチキャリアを用いたマルチアクセス通信システムにおいて、個々の端末から送信される送信電力を制御し、基地局(サーバ局)での受信レベルを略一定にしてもよい。 In a multi-access communication system using a multi-carrier with an almost periodic frequency arrangement, the transmission power transmitted from each terminal may be controlled so that the reception level at the base station (server station) is substantially constant.
[2.実施形態の詳細]
[2.1 概周期周波数の決定]
図1は、概周期周波数配置の決定のための手順を示し、図2は、概周期周波数配置生成装置(概周期周波数配置生成部)10を示している。概周期周波数配置生成装置10は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータによって構成される。概周期周波数配置生成装置10を構成するコンピュータは、メモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、図1に示す手順を実行し、図2に示す概周期周波数配置生成装置として機能する。概周期周波数発生装置10は、通信機に搭載されていてもよいし、通信機とは別の装置として構成されてもよい。[2. Details of the embodiment]
[2.1 Determining Almost Periodic Frequency]
FIG. 1 shows a procedure for determining an almost periodic frequency arrangement, and FIG. 2 shows an almost periodic frequency arrangement generator (almost periodic frequency arrangement generation unit) 10. The almost periodic
図2に示す概周期周波数配置生成装置10は、素数群記憶部11と、概周期周波数群の計算・記憶部12と、基準周波数配置の計算・記憶部13と、概周期周波数配置の検索・記憶部14と、を備えている。素数群記憶部11は、概周期周波数を計算するために用いられる多数(例えば、1000万個)の素数を記憶する。概周期周波数群計算・記憶部13は、素数群記憶部11に記憶された素数を用いて、概周期周波数を計算し、記憶する。基準周波数配置の計算・記憶部13は、概周期周波数配置を決定するために用いられる基準周波数配置を計算し、記憶する。概周期周波数配置の検索・記憶部14は、概周期周波数群から、基準周波数配置における基準キャリア周波数に近い概周期周波数を検索して選択し、概周期周波数配置を決定し、決定された概周期周波数配置を記憶する。
The almost periodic frequency
図1に戻り、概周期周波数の決定には、まず、概周期周波数群の計算・記憶部12によって、概周期周波数群の計算が行われる(ステップS11)。概周期周波数群の計算・記憶部12は、図1のステップS11中の式(概周期関数)に従って、概周期周波数fkを計算し、記憶する。ステップS11中の式において、nは任意の整数又は実数であるが、例えば、1.5,2又は3とすることができる。また、(mod 1)は、実数の小数部分を求める関数である。Returning to FIG. 1, in order to determine the almost periodic frequency, first, the calculation /
なお、概周期関数は、図1に示す形式に限定されるものではない。例えば、図1のステップS11中の式(概周期関数)は、無理数の概周期周波数を求めるために、素数のn乗根から求める例を示しているが、無理数周波数は、eのn乗(en)であってもよいし、無理数の加減剰余算によって求めても良い。有理数の概周期周波数を求めるには、無理数の概周期周波数の桁数制限や、整数の分数として求めるなどの方法がある。Almost periodic functions are not limited to the format shown in FIG. For example, the equation (almost periodic function) in step S11 of FIG. 1 shows an example of obtaining from the nth root of a prime number in order to obtain the almost periodic frequency of an irrational number. th power may be a (e n), it may be obtained by irrational acceleration remainder calculation. To find the almost periodic frequency of a rational number, there are methods such as limiting the number of digits of the almost periodic frequency of an irrational number and finding it as a fraction of an integer.
素数は、無限に存在するため、概周期関数は無限に生成できる。図3(a)は、図1に示す概周期関数においてn=2である場合に得られる正規化周波数(0[Hz]から1[Hz]の範囲の周波数)をプロットしたものであり、図3(b)は、同じくn=1.5である場合に得られる正規化周波数をプロットしたものである。図3において、横軸は素数の大きさを示し、縦軸は正規化周波数を示す。図3(a)(b)において黒い部分がプロットされた点を示しており、素数から、正規化周波数の全範囲(0から1)にわたって多数の周波数が一様に分布していることがわかる。 Since prime numbers exist infinitely, almost periodic functions can be generated infinitely. FIG. 3A is a plot of the normalized frequencies (frequency in the range of 0 [Hz] to 1 [Hz]) obtained when n = 2 in the almost periodic function shown in FIG. 3 (b) is a plot of the normalized frequencies obtained when n = 1.5 as well. In FIG. 3, the horizontal axis represents the magnitude of the prime number and the vertical axis represents the normalized frequency. The black parts are plotted in FIGS. 3 (a) and 3 (b), and it can be seen from the prime numbers that a large number of frequencies are uniformly distributed over the entire range (0 to 1) of the normalized frequencies. ..
また、ステップ12において、基準周波数配置の計算・記憶部13により、基準周波数配置が計算される。図4は、基準周波数配置の例を示している。基準周波数配置は、OFDMと同様に、キャリア間の周波数間隔Δfが等間隔である。正規化周波数(0〜1)の範囲で基準となる複数のキャリア(複数の基準キャリア)を配置する場合、キャリア間の周波数間隔Δfは、基準キャリアの総数Nによって決定される。すなわち、周波数間隔Δf=1/Nである。基準キャリアの総数Nは、符号多重数でもあり、2の冪であるのが計算負荷の低減上好ましい。図4において、C1〜CNは、N本の基準キャリアを示している。また、図1において、Δf/2は、正規化周波数の範囲の両側にある基準キャリア(サブチャネル)C1,CNと、通過帯域幅のエッジ(正規化周波数が0又は1)との周波数差を示している。Further, in
ここで、符号当たりの時間長をΔTとすれば、多重化数Nに応じて概周期関数のフレーム時間長はNΔTを単位として信号処理をすればよい。信号処理する時間長T=NΔTである。また、1/NΔTが基本周波数となり、Δf=1/(NΔT)であり、通過帯域幅BWは、ΔfのN倍から、BW=1/ΔT[Hz]となる。 Here, if the time length per code is ΔT, the frame time length of the almost periodic function may be signal-processed in units of NΔT according to the number of multiplexings N. The signal processing time length T = NΔT. Further, 1 / NΔT becomes the fundamental frequency, Δf = 1 / (NΔT), and the pass bandwidth BW becomes BW = 1 / ΔT [Hz] from N times Δf.
ステップS13において、概周期周波数配置の検索・記憶部14は、ステップS12において得られた概周期周波数群から概周期周波数配置に用いられる概周期周波数が検索される。ステップS14では、検索された概周期周波数のうち、ターゲットとなる基準キャリアC1〜CNそれぞれの周波数に最も近いN個の概周期周波数が抽出され、抽出されたN個の概周期周波数からなる概周期周波数配置が決定される。In step S13, the search /
図1に示す概周期関数から得られる概周期周波数は、無理数となるため、有理数である基準キャリアC1〜CNの周波数とは一致しない。このため、検索されたN個の概周期周波数からなる概周期周波数配置は、非等間隔となる。ただし、等間隔である基準キャリアC1〜CNに近い周波数が選択されるため、概ね等間隔となる。なお、概周期周波数が、有理数である場合には、基準キャリアC1〜CNの周波数とは一致しないが、基準キャリアC1〜CNの周波数に近いものを選択すればよい。Almost periodic frequency obtained from almost periodic function shown in FIG. 1, since the irrational number does not coincide with the frequency of the reference carrier C 1 -C N is a rational number. Therefore, the almost periodic frequency arrangement consisting of the searched N almost periodic frequencies is non-equidistant. However, since the frequency close to the reference carrier C 1 -C N equally spaced are selected generally equal intervals. Incidentally, almost periodic frequency, if it is rational does not coincide with the frequency of the reference carrier C 1 -C N, may be selected close to the frequency of the reference carrier C 1 -C N.
図5は、選択された概周期周波数が、基準キャリアC1〜CNの正規化周波数にどの程度近いかを基準キャリアC1〜CNの正規化周波数からの周波数標準偏差(standard deviation)で示している。図5において、横軸は、ステップS11において用いられた素数の総数であり、縦軸は正規化周波数標準偏差を示している。図13に示すように、素数の総数が大きいほど、基準キャリアC1〜CNに近い周波数を選択しやすくなり、周波数標準偏差が小さくなる。例えば、素数の総数が、100万を超えると、周波数標準偏差は、0.001程度ないしそれ以下となり、概周期周波数配置の非同期は維持されたままでサブキャリア間の干渉を減らす事ができる。図5に示すように、素数の総数が増加すると標準偏差はゼロに近づき、OFDM方式に近づくとこととなる。Figure 5 is almost periodic frequency selected, the reference carrier C 1 -C N normalized frequency standard deviation of how close the normalized frequency of the reference carrier C 1 -C N in frequency of the (standard deviation) Shown. In FIG. 5, the horizontal axis represents the total number of prime numbers used in step S11, and the vertical axis represents the normalized frequency standard deviation. As shown in FIG. 13, the larger the total number of primes, easier to select a frequency close to the reference carrier C 1 -C N, the frequency standard deviation is reduced. For example, when the total number of prime numbers exceeds 1 million, the frequency standard deviation becomes about 0.001 or less, and the interference between subcarriers can be reduced while maintaining the asynchrony of the almost periodic frequency arrangement. As shown in FIG. 5, as the total number of prime numbers increases, the standard deviation approaches zero and approaches the OFDM method.
[2.2 通信機]
図6は、概周期周波数配置のマルチキャリアによって通信を行う通信機20を示している。通信機20は、マルチキャリア信号の送信機30と、マルチキャリア信号の受信機40と、を備えている。[2.2 Communication device]
FIG. 6 shows a
送信機30は、入力部31と、シリアルパラレル変換部32と、サブキャリア変調部33と、概周期周波数配置のマルチキャリア発生部34と、出力部35と、同期信号発生部36と、を備えている。
The
入力部32は、通信機20が有する図示しない信号処理装置から、送信符号(送信データ)の入力を受け付け、必要であればマルチキャリア変調に先立って行われるべき前処理を行う。シリアルパラレル変換部32は、入力部32から出力されたシリアル符号(シリアルデータ)を、多重符号長Nに対応したパラレル数を持つパラレル符号(パラレルデータ)に変換する。符号長Nのパラレル符号が、送信符号となる。
The
サブキャリア変調部33は、図7に示す概周期周波数多重変調を行う。サブキャリア変調部33は、符号長Nの送信符号(d1d2d3・・・dN−1dN)のサブキャリア変調を行って、符号列(y1y2y3・・・yN−1yN)で示される概周期周波数配置マルチキャリア信号を出力する。サブキャリア変調部33は、概周期周波数配置のマルチキャリア発生部34から与えられたマルチキャリアに基づき、マルチキャリア変調を行う。概周期周波数配置のマルチキャリア発生部34は、図2に示す概周波数配置生成部10を備えて構成されていてもよいし、図2に示す概周波数配置生成部10によって決定された概周期周波数配置が設定されており、設定された概周期周波数配置のキャリアを発生するものであってもよい。The
図7に示す入出力関係式において、要素akbk〜pk(1≦k≦N)を有する行列は、N×N行列である。また、図7において、ρdkは、N個のキャリアを有する概周期周波数配置において、k番目の周波数を生成するために用いられた素数である。また、図7において、θkは、任意の実数であり、0であってもよい。In output relationship shown in FIG. 7, the matrix having elements a k b k ~p k (1 ≦ k ≦ N), an N × N matrix. Further, in FIG. 7, ρ dk is a prime number used to generate the k-th frequency in the almost periodic frequency arrangement having N carriers. Further, in FIG. 7, θ k is an arbitrary real number and may be 0.
なお、図7に示す入出力関係式において、要素akbk以外の要素ck〜pkの定義を明示していないが、要素akbkの定義に含まれるAk,Bkを、Ck〜Pkに置換すればよい。Ck〜Pkは、Ak,Bkと同様にk番目のキャリアの振幅値である。Incidentally, in the input-output relation shown in FIG. 7, although not explicitly defined elements a k b k other elements c k ~p k, A k included in the definition of the elements a k b k, the B k , C k to P k . C k to P k is A k, the amplitude value of the k-th carrier in the same manner as B k.
サブキャリア変調部33から出力されたサブキャリア信号は、出力部35に与えられ、出力部35から、概周期サブキャリア出力信号(概周期周波数サブキャリア合成信号)として伝送路(無線伝播路など)へ出力される。
The subcarrier signal output from the
なお、シリアルパラレル変換部33、サブキャリア変調部33、及び出力部35は、同期信号発生部36から与えられる同期信号に基づいて動作する。
The serial-
受信機40は、入力部41と、サブキャリア復調部42と、概周期周波数配置の周波数発生部43と、パラレルシリアル変換部44と、出力部45と、同期信号発生部46と、を備えている。
The
入力部41は、受信信号(概周期周波数サブキャリア合成信号)の入力を受け付け、受信信号をサブキャリア復調部42に与える。サブキャリア復調部42は、受信信号の送信側で用いられた概周期周波数(復調用概周期周波数配置;概周期複素搬送波)と、受信信号との相互相関値(複素相関値)を求めることで復調を行う。復調用概周期周波数配置の周波数は、概周期周波数配置の周波数発生部43から与えられる。信号の相互相関値は、例えば、以下の「時間軸上で求める方法」「クロススペクトラムから求める方法」を採用できる。
復調部42からから出力された信号は、パラレルシリアル変換部44によってシリアルデータに変換される。このシリアルデータは、出力部45を介して、図示しない信号処理装置へ、復調された符号として、出力される。
The signal output from the
なお、入力部41、サブキャリア復調部42、概周期周波数配置の周波数発生部43、パラレルシリアル変換部44は、同期信号発生部46から与えられる同期信号に基づいて動作する。
The
図8(a)は、帯域制限機能を有する出力部35を示している。この出力部35は、変調部33から与えられた概周期周波数サブキャリア合成信号(時間領域信号)の入力を受け付ける入力処理回路351と、FFT処理回路352と、帯域制限処理回路353と、IFFT処理回路354と、を備えている。FFT処理回路352は、時間領域信号である概周期周波数サブキャリア合成信号を周波数領域信号に変換する。帯域制限処理回路353は、信号の周波数帯域を制限し、不要な周波数成分を除去する。IFFT処理回路354は、帯域制限された信号を時間軸領域信号に戻す。出力部35が、図8(a)に示される構成を有することで、概周期周波数サブキャリア合成信号に対する帯域制限が可能である。
FIG. 8A shows an
図8(b)は、帯域制限機能を有する入力部41を示している。この入力部41は、受信信号である概周期周波数サブキャリア合成信号(時間領域信号)の入力を受け付ける入力処理回路411と、FFT処理回路412と、帯域制限処理回路413と、IFFT処理回路414と、を備えている。FFT処理回路412は、時間領域信号である概周期周波数サブキャリア合成信号を周波数領域信号に変換する。帯域制限処理回路413は、信号の帯域を制限し、不要な周波数成分を除去する。IFFT処理回路414は、帯域制限された信号を時間軸領域信号に戻す。帯域制限された信号が、サブキャリア復調部42に与えられる。
FIG. 8B shows an
図9は、多数の端末と基地局とを有するマルチアクセス通信システムを有している。前述の通信機10は、図9の基地局であってもよいし、端末であってもよい。個々の端末から送信される概周期マルチキャリア信号の送信電力は、基地局からの指示に基づいて、端末によって制御され、基地局での受信レベルがほぼ一定としても良い。
FIG. 9 has a multi-access communication system having a large number of terminals and base stations. The
[2.3 PAPR]
図10は、OFDM方式の信号及び概周期周波数配置サブキャリア合成信号それぞれのPAPRのシミュレーション値を示している。図10において、横軸は、サブキャリア多重数を示し、縦軸はPAPRを示す。図10に示すように、サブキャリア多重化数が512を超えると、概周期周波数配置マルチキャリア信号のPAPRは、OFDM信号のPAPRよりも低下し良好な特性を示す傾向があることがわかる。また、多重化数が1000以上ではPAPRが減少の傾向にあるのはWeyl系列の誤差オーダがO(1/√N)となる効果と考えられる。[2.3 PAPR]
FIG. 10 shows simulation values of PAPR for each of the OFDM type signal and the almost periodic frequency arrangement subcarrier synthesis signal. In FIG. 10, the horizontal axis represents the subcarrier multiply perfect number, and the vertical axis represents PAPR. As shown in FIG. 10, when the number of subcarrier multiplexing exceeds 512, it can be seen that the PAPR of the almost periodic frequency-arranged multicarrier signal tends to be lower than the PAPR of the OFDM signal and shows good characteristics. Further, it is considered that the PAPR tends to decrease when the number of multiplexings is 1000 or more because the error order of the Weyl series is O (1 / √N).
[2.4 PAPR補償]
図11は、通信機20が有する受信機30の変形例を示している。図11の受信機30は、図6に示す受信機30にPAPR補償部37を追加したものである。PAPR補償部37は、例えば、サブキャリア変調部33と出力部35との間に設けられる。PAPR補償部は、概周期周波数サブキャリア合成信号の時間軸上のベクトルのノルムのピーク値に制限を加えて、概周期周波数サブキャリア合成信号のPAPRを改善する。PAPRが改善された概周期周波数サブキャリア合成信号は、出力部35を介して、伝送路(無線伝播路など)へ出力される。[2.4 PAPR compensation]
FIG. 11 shows a modified example of the
図12は、PAPR補償部37の回路構成例を示している。PAPR補償部37は、入力部37a、ピーク値検出部37b、インパルス新号発生部37c、複素合成部37d、及び出力部37eを備えている。
FIG. 12 shows an example of a circuit configuration of the
入力部37aは、概周期周波数サブキャリア合成信号の入力を受け付ける。ピーク値検出部37bは、入力部37aから出力された概周期周波数サブキャリア合成信号のピークの時間軸上における位置とピーク値とを検出する。検出されたピーク値が、規定値を超えたときには、複素合成部37dは、インパルス信号発生部37cによって発生した信号を、入力部37aから出力された概周期周波数サブキャリア合成信号に対して、ピーク値とは逆極性で複素合成する。これにより、ピークが抑制され、PAPRが低減する。ピークが抑制された概周期周波数サブキャリア合成信号は、出力部37eを介して出力される。インパルス信号発生部37cによって発生した信号は、検出されたピーク値と規定値との差に対応した逆インパルス信号である。また、図12にあるPAPR補償部37は、PAPR補償処理を複数繰り返すことによりPAPRをより改善できる事は明らかである。
The
図13は、図12のPAPR補償部37によって、ピークを制限した結果を示している。図13は、概周期周波数サブキャリア合成信号におけるピークの標準偏差をσとした場合に、逆インパルス信号の大きさ(ピーク制限レベル)を、2σ、1.8σ、1.6σに設定した場合それぞれのPAPRと、PAPR補償なしの場合のPAPRを示している。なお、PARP補償なし概周期周波数サブキャリア合成信号の場合、PAPRは8〜9[dB]程度あるのに対して、PAPR補償を行った場合には、PAPRが低減できている。また、ピーク制限レベルを深くするほどPAPRを低減できる。
FIG. 13 shows the result of limiting the peak by the
図13において、概周期周波数サブキャリア合成信号を構成する各サブキャリアの周波数標準偏差を示しており、周波数標準偏差がゼロの場合、OFDMとなる。OFDMの場合、通常、PAPRは10dB程度である。図13から明らかなように、概周期周波数サブキャリア信号は、PAPR補償なしでもOFDMよりもPAPRを低減できており、PAPR補償を行うことにより、さらにPAPRを低減できる。 FIG. 13 shows the frequency standard deviation of each subcarrier constituting the approximate periodic frequency subcarrier composite signal, and when the frequency standard deviation is zero, it becomes OFDM. In the case of OFDM, PAPR is usually about 10 dB. As is clear from FIG. 13, the almost periodic frequency subcarrier signal can reduce PAPR more than OFDM even without PAPR compensation, and PAPR can be further reduced by performing PAPR compensation.
[2.4 まとめ]
本実施形態によれば、サブキャリア複素周波数間を非同期にする関係を用いて、PAPRを低減させ、送信系での相互変調積の低減による周波数利用効率の向上が可能である。また、本実施形態によれば、送信電力の効率化により伝送容量が増加できる超多重化、超マルチアクセス通信システムの実現が可能である。本実施形態において開示の技術は、音響・電波利用システムから光通信まで広範囲の通信システム(放送システムを含む)に適用できる。[2.4 Summary]
According to this embodiment, it is possible to reduce PAPR and improve the frequency utilization efficiency by reducing the intermodulation product in the transmission system by using the relationship of making the subcarrier complex frequencies asynchronous. Further, according to the present embodiment, it is possible to realize a super-multiplexing and super-multi-access communication system in which the transmission capacity can be increased by improving the efficiency of transmission power. The technology disclosed in this embodiment can be applied to a wide range of communication systems (including broadcasting systems) from audio / radio wave utilization systems to optical communications.
10 概周期周波数配置生成装置
20 通信機
30 送信機
33 サブキャリア変調部
40 受信機
42 サブキャリア復調部10 Almost periodic
Claims (6)
マルチキャリアを用いて通信を行うことを含み、
前記マルチキャリアの周波数配置は、概周期関数に基づく概周期周波数群から、サブキャリア間の周波数間隔が等間隔である基準周波数配置における基準キャリア周波数に近い概周期周波数を選択することによって決定される概周期周波数配置を含む
通信方法。 It ’s a communication method.
Including communication using multiple carriers
The frequency arrangement of the multicarriers is determined by selecting an almost periodic frequency close to the reference carrier frequency in the reference frequency arrangement in which the frequency intervals between the subcarriers are evenly spaced from the almost periodic frequency group based on the almost periodic function. A communication method that includes an almost periodic frequency arrangement.
マルチキャリアを用いて通信を行うことを含み、 Including communication using multiple carriers
前記マルチキャリアの周波数配置は、概周期周波数配置を含み、 The multicarrier frequency arrangement includes an almost periodic frequency arrangement.
前記概周期周波数配置は、サブキャリア間の周波数間隔が、概周期関数に基づく概周期的な非等間隔とされた配置である Almost periodic frequency arrangement is an arrangement in which the frequency intervals between subcarriers are almost periodic non-equal intervals based on an almost periodic function.
通信方法。 Communication method.
前記第2部分概周期周波数配置は、前記第1部分概周期周波数配置を周波数シフトして得られる
請求項1又は2に記載の通信方法。 The almost periodic frequency arrangement includes at least a first partial almost periodic frequency arrangement and a second partial almost periodic frequency arrangement other than the first partial almost periodic frequency arrangement.
The communication method according to claim 1 or 2, wherein the second partial periodic frequency arrangement is obtained by frequency-shifting the first partial general periodic frequency arrangement.
請求項1から3のいずれか1項に記載の通信方法。 The communication method according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency arrangement of the multi-carrier further includes a frequency arrangement in which the subcarriers are evenly spaced.
送信符号に基づいて、マルチキャリアにおけるサブキャリアを変調する変調部を備え、
前記マルチキャリアの周波数配置は、概周期関数に基づく概周期周波数群から、キャリア間の周波数間隔が等間隔である基準周波数配置における基準キャリア周波数に近い概周期周波数を選択することによって決定される概周期周波数配置を含む
通信機。 It ’s a communication device,
A modulator that modulates a subcarrier in a multicarrier based on a transmission code is provided.
The frequency arrangement of the multicarriers is roughly determined by selecting an almost periodic frequency close to the reference carrier frequency in the reference frequency arrangement in which the frequency intervals between carriers are evenly spaced from the almost periodic frequency group based on the almost periodic function. A communicator that includes periodic frequency arrangements.
送信符号に基づいて、マルチキャリアにおけるサブキャリアを変調する変調部を備え、 A modulator that modulates a subcarrier in a multicarrier based on a transmission code is provided.
前記マルチキャリアの周波数配置は、概周期周波数配置を含み、 The multicarrier frequency arrangement includes an almost periodic frequency arrangement.
前記概周期周波数配置は、サブキャリア間の周波数間隔が、概周期関数に基づく概周期的な非等間隔とされた配置である Almost periodic frequency arrangement is an arrangement in which the frequency intervals between subcarriers are almost periodic non-equal intervals based on an almost periodic function.
通信機。 Communication device.
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