JP7750156B2 - Wireless communication method, wireless communication device, and wireless communication system - Google Patents
Wireless communication method, wireless communication device, and wireless communication systemInfo
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Description
本発明は、送信増幅器を用いた無線通信方法、無線通信装置、及び無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication method, a wireless communication device, and a wireless communication system using a transmission amplifier.
送信信号を増幅させる送信増幅器を備えた無線通信装置は、送信増幅器のロールオフ率(roll-off factor)αが小さいほど伝送帯域が狭くてすむ。また、無線通信装置のPAPR(Peak to Average Power Ratio)は、ロールオフ率αと圧縮率(compression factor)τの関数で表される。 For wireless communication devices equipped with a transmission amplifier that amplifies transmission signals, the smaller the roll-off factor α of the transmission amplifier, the narrower the transmission bandwidth that can be used. Furthermore, the peak to average power ratio (PAPR) of a wireless communication device is expressed as a function of the roll-off factor α and the compression factor τ.
例えば、非特許文献1には、ロールオフ率αごとのPAPRへのSRRC(square root raised cosine)の寄与が開示されている。また、非特許文献2には、ロールオフ率αごとの圧縮率に対するPAPRの変化が開示されている。 For example, Non-Patent Document 1 discloses the contribution of square root raised cosine (SRRC) to PAPR for each roll-off rate α. Non-Patent Document 2 discloses the change in PAPR with respect to compression ratio for each roll-off rate α.
また、送信増幅器を用いて増幅させた伝送信号を無線により送信する無線通信装置の伝送容量を最適化する技術の一つとして、SC(single carrier)-FTN(faster-than-nyquist)伝送が知られている。 Furthermore, SC (single carrier)-FTN (faster-than-nyquist) transmission is known as one technology for optimizing the transmission capacity of wireless communication devices that wirelessly transmit transmission signals amplified using a transmission amplifier.
FTN伝送は、クロック周波数を超えるシンボルレートにより変調シンボルを送出する手法であり、同伝送ビット数の高次QAM(Quadrature Amplitude Modulation)よりもPAPRを低減することが期待される(例えば、非特許文献2,3参照)。 FTN transmission is a method of transmitting modulation symbols at a symbol rate that exceeds the clock frequency, and is expected to reduce PAPR more than higher-order QAM (Quadrature Amplitude Modulation) with the same number of transmission bits (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3).
無線通信装置は、送信増幅器のバックオフとPAPRを考慮して平均送信電力を下げた場合、SNR(Signal-to-Noise Ratio)が下がる。そのため、通信容量を最適化するためには、ロールオフ率αと圧縮率τを調整して通信品質を維持する必要がある。 When a wireless communication device lowers the average transmit power taking into account the backoff and PAPR of the transmit amplifier, the signal-to-noise ratio (SNR) decreases. Therefore, in order to optimize communication capacity, it is necessary to adjust the roll-off rate α and compression rate τ to maintain communication quality.
無線通信では、PAPRの値がバックオフの値を超えて歪みが生じることを許容する場合、SNRの低下と同等の品質劣化が生じる。また、変調方式を切替えることが可能な無線通信装置では、変調方式(例えば16QAM,16APSKなど)が異なると、PAPRの寄与量と最小ユークリッド距離が異なるため、劣化SNR換算量も異なる。 In wireless communications, if the PAPR value exceeds the backoff value and distortion is allowed to occur, quality degradation equivalent to a drop in SNR occurs. Furthermore, in wireless communication devices that can switch modulation methods, the PAPR contribution and minimum Euclidean distance differ depending on the modulation method (e.g., 16QAM, 16APSK, etc.), and therefore the amount of SNR degradation also differs.
本発明は、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化することができる無線通信方法、無線通信装置、及び無線通信システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wireless communication method, wireless communication device, and wireless communication system that can optimize transmission capacity while maintaining transmission quality.
本発明の一態様にかかる無線通信方法は、送信増幅器を備え、変調インデックスを切替えて信号を伝送する無線通信装置を用いた無線通信方法において、前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出工程と、算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出工程と、算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理工程と、判定した結果に基づく変調インデックスと、特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出工程と、平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出工程により算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定工程とを含むことを特徴とする。 A wireless communication method according to one aspect of the present invention is a wireless communication method using a wireless communication device that includes a transmission amplifier and transmits signals by switching modulation indexes, the method comprising: a tolerance calculation step of calculating a PAPR value for each modulation index at which distortion is allowed beyond an average transmission power P amplified by the transmission amplifier, where the difference from P1 dB is used as a backoff; an SNR calculation step of specifying a roll-off rate for each calculated PAPR using a predetermined relationship table, calculating a degradation SNR equivalent amount based on the amount exceeding the backoff and the minimum Euclidean distance, and calculating an SNR by subtracting a propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from the average transmission power; and a step of calculating an SNR by subtracting the calculated SNR from the current modulation index. and a determination step of determining whether a predetermined required SNR for the transmission amplifier is satisfied, and lowering the modulation index if it is determined that the required SNR is not satisfied; a capacity calculation step of calculating a transmission capacity via the transmission amplifier using the modulation index based on the determination result, each of the specified roll-off rates, and the SNR; and a determination step of determining a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated in the capacity calculation step while sequentially changing the average transmission power, based on the PAPR value of each of the changed average transmission powers , and determining the roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier.
また、本発明の一態様にかかる無線通信装置は、送信増幅器を備え、変調インデックスを切替えて信号を伝送する無線通信装置において、前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出部と、前記許容値算出部が算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出部と、算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理部と、前記判定処理部が判定した結果に基づく変調インデックスと、前記SNR算出部が特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出部と、平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出部が算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定部とを有することを特徴とする。 Also, according to one aspect of the present invention, a wireless communication device includes a transmission amplifier and transmits a signal by switching a modulation index, the wireless communication device including: a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation index where distortion is allowed beyond an average transmission power P amplified by the transmission amplifier, using a difference from P1 dB as a back-off; an SNR calculation unit that specifies a roll-off rate for each PAPR calculated by the tolerance calculation unit using a predetermined relationship table, calculates a degradation SNR equivalent amount based on an amount exceeding the back-off and a minimum Euclidean distance, and calculates an SNR by subtracting a propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from the average transmission power; and a tolerance calculation unit that calculates an SNR where the calculated SNR is the current modulation index, roll-off rate, and a minimum Euclidean distance. a capacity calculation unit that calculates a transmission capacity via the transmission amplifier using the modulation index based on the result of the determination by the determination processing unit, and each roll-off factor and SNR specified by the SNR calculation unit; and a determination unit that, while sequentially changing the average transmission power, determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on the PAPR value of each changed average transmission power , and determines the roll-off factor that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off factor for the transmission amplifier.
また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、送信増幅器を備え、変調インデックスを切替える無線通信装置により信号を伝送する無線通信システムにおいて、前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出部と、前記許容値算出部が算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出部と、算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理部と、前記判定処理部が判定した結果に基づく変調インデックスと、前記SNR算出部が特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出部と、平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出部が算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定部とを有することを特徴とする。
Also, according to one aspect of the present invention, a wireless communication system includes a transmission amplifier and transmits a signal using a wireless communication device that switches a modulation index, the wireless communication system including: a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation index at which distortion is allowed to exceed an average transmission power P amplified by the transmission amplifier, the difference from P1 dB being a back-off; an SNR calculation unit that specifies a roll-off rate for each PAPR calculated by the tolerance calculation unit using a predetermined relationship table, calculates a degradation SNR equivalent amount based on the amount exceeding the back-off and the minimum Euclidean distance, and calculates an SNR by subtracting a propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from the average transmission power; and a signal processing unit that calculates an SNR by calculating the calculated SNR based on the current modulation index. a determination processing unit that determines whether a predetermined required SNR for a modulation index and a roll-off rate is satisfied, and that performs processing to lower a modulation index if it is determined that the required SNR is not satisfied; a capacity calculation unit that calculates a transmission capacity via the transmission amplifier using the modulation index based on the result of the determination by the determination processing unit, and each of the roll-off rates and SNRs specified by the SNR calculation unit; and a determination unit that, while sequentially changing average transmission power, determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a PAPR value for each of the changed average transmission powers, and determines the roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier.
本発明によれば、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化することができる。 This invention makes it possible to optimize transmission capacity while maintaining transmission quality.
一実施形態にかかる無線通信システムは、送信増幅器を備えた送信装置(無線通信装置)が受信装置に対して信号を例えばSC-FTN伝送するように構成されている。ここでは、無線通信装置の伝送容量を最適化するようにロールオフ率αを算出する。 In one embodiment, a wireless communication system is configured such that a transmitting device (wireless communication device) equipped with a transmission amplifier transmits a signal to a receiving device, for example, using SC-FTN. Here, the roll-off factor α is calculated to optimize the transmission capacity of the wireless communication device.
まず、SC-FTN伝送のPAPRについて説明する。PAPRは、ロールオフ率αと圧縮率τの関数で表される。 First, let's explain the PAPR of SC-FTN transmission. PAPR is expressed as a function of the roll-off rate α and the compression rate τ.
図1は、ロールオフ率αごとのPAPRへのSRRCの寄与を例示するグラフである。図1においては、ロールオフ率αに対するSRRCのPAPRの増加分が例示されている(非特許文献1参照)。 Figure 1 is a graph illustrating the contribution of an SRRC to PAPR for each roll-off factor α. Figure 1 illustrates the increase in PAPR due to the SRRC as a function of the roll-off factor α (see Non-Patent Document 1).
図2は、ロールオフ率αごとの圧縮率に対するPAPRの変化を例示するグラフである。図2においては、圧縮率τに依存した信号の重なりにより、PAPRが変化していることが示されている(非特許文献2参照)。 Figure 2 is a graph illustrating the change in PAPR with respect to the compression ratio for each roll-off ratio α. Figure 2 shows that the PAPR changes due to signal overlap, which depends on the compression ratio τ (see Non-Patent Document 2).
次に、SC-FTNの伝送容量と、送信増幅器による歪について説明する。FTNの伝送容量CFTNは、下式(1)によって表され、下式(2)が成り立つときに最大となる(非特許文献3参照)。 Next, we will explain the transmission capacity of SC-FTN and distortion caused by the transmission amplifier. The transmission capacity C FTN of FTN is expressed by the following equation (1), and is maximum when the following equation (2) holds (see Non-Patent Document 3).
ただし、τはFTNの圧縮率、ロールオフ率αはロールオフ率、Wはバンド幅、Tはシンボル持続時間、Pは受信電力、N0はノイズ電力、SNRはSN比(P/N0)、H(・)は通信路の周波数応答とする。 where τ is the compression ratio of FTN, α is the roll-off rate, W is the bandwidth, T is the symbol duration, P is the received power, N 0 is the noise power, SNR is the signal-to-noise ratio (P/N 0 ), and H(·) is the frequency response of the communication channel.
上式(2)を前提とした場合、伝送容量CFTNは、2つの変数SNR及びロールオフ率αの関数とみることができる。 Given the above equation (2), the transmission capacity C FTN can be seen as a function of two variables: SNR and roll-off rate α.
しかし、送信増幅器のバックオフとPAPRを考慮して平均送信電力を下げた場合、SNRが下がってしまう。 However, if the average transmit power is lowered taking into account the transmit amplifier backoff and PAPR, the SNR will decrease.
例えば、図3(a)に示したSC-64QAMのコンスタレーションは、PAPRの値が送信増幅器のバックオフの値を超えた場合、図3(b)に示したように歪んでしまう。 For example, the SC-64QAM constellation shown in Figure 3(a) will be distorted as shown in Figure 3(b) if the PAPR value exceeds the backoff value of the transmit amplifier.
そのため、伝送品質を維持しつつ通信容量を最適化するためには、ロールオフ率αと圧縮率τを調整して通信品質を維持する必要がある。 Therefore, in order to optimize communication capacity while maintaining transmission quality, it is necessary to adjust the roll-off rate α and compression rate τ to maintain communication quality.
例えば、PAPRの値がバックオフの値を超えて歪みが生じることを許容する場合、SNRの低下と同等の品質劣化が生じてしまうため、ロールオフ率α及び圧縮率τなどのパラメータ調整する必要がある。 For example, if the PAPR value is allowed to exceed the backoff value and distortion occurs, quality degradation equivalent to a decrease in SNR will occur, so parameters such as the roll-off rate α and compression rate τ must be adjusted.
そこで、一実施形態にかかる無線通信装置は、送信増幅器による歪が生じ得る場合にも、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するように構成されている。なお、一実施形態にかかる無線通信装置は、例えば変調インデックスの切替と、SC-FTN伝送とナイキスト伝送とを切替えて信号を伝送することができ、以下の(A)~(C)の3つを前提とする。 Therefore, a wireless communication device according to one embodiment is configured to optimize transmission capacity while maintaining transmission quality, even when distortion due to the transmission amplifier may occur. Note that the wireless communication device according to one embodiment can transmit signals by, for example, switching modulation indexes and switching between SC-FTN transmission and Nyquist transmission, and is based on the following three assumptions (A) to (C).
(A):無線通信装置は、伝送容量CFTNが最大となるように上式(2)の関係性を保持する。 (A): The wireless communication device maintains the relationship of the above equation (2) so that the transmission capacity C FTN is maximized.
(B):無線通信装置は、PAPRがロールオフ率α(τの関数)に対して一意となり、予め各変調インデックスに対するPAPRとロールオフ率αの関係表(ルックアップテーブルなど)を保持している。 (B): The wireless communication device has a unique PAPR for each roll-off factor α (a function of τ), and stores a table (e.g., a look-up table) that shows the relationship between the PAPR and the roll-off factor α for each modulation index.
図4は、無線通信装置が用いる変調インデックステーブルを例示する図である。変調インデックステーブルは、変調インデックスごとに伝送ビット及び変調方式が対応づけられている。 Figure 4 shows an example of a modulation index table used by a wireless communication device. The modulation index table associates transmission bits and modulation methods with each modulation index.
(C)無線通信装置は、PAPRの値が送信増幅器のバックオフの値を超えて歪みが生じることを許容する。 (C) The wireless communication device allows distortion to occur when the PAPR value exceeds the backoff value of the transmit amplifier.
図5は、一実施形態にかかる無線通信装置が備える送信増幅器の入出力特性を例示するグラフである。ここでは、P1dB(1dB compression point)と、動作点となる平均送信電力との差をバックオフとする。また、PAPRの値は、送信増幅器のバックオフの値を超えている。 Figure 5 is a graph illustrating the input/output characteristics of a transmission amplifier included in a wireless communication device according to one embodiment. Here, the backoff is defined as the difference between P1dB (1dB compression point) and the average transmission power, which is the operating point. The PAPR value also exceeds the backoff value of the transmission amplifier.
そして、一実施形態にかかる無線通信装置は、以下の(a)~(f)の処理を行い、最適なFTN効率、ロールオフ率、SNR(劣化SNR換算量)、及び変調インデックスを組合せたSC-FTN伝送、又はナイキスト伝送のいずれかを選択し、伝送容量の最適化を実現する。 The wireless communication device according to one embodiment then performs the following steps (a) to (f) to select either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which combines the optimal FTN efficiency, roll-off rate, SNR (degraded SNR equivalent amount), and modulation index, thereby optimizing transmission capacity.
(a):平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして許容PAPRを算出し、許容PAPRに対して実際のPAPR、変調方式、及びロールオフ率αの関係から、最終的なロールオフ率を特定する。 (a): For average transmission power P, calculate the allowable PAPR by using the difference from P1 dB as the backoff, and determine the final roll-off rate based on the relationship between the allowable PAPR, the actual PAPR, the modulation method, and the roll-off rate α.
(b):無線通信装置は、送信増幅器のPAPRがバックオフを超える量と、各変調方式の最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を計算する。 (b): The wireless communication device calculates the SNR degradation equivalent amount based on the amount by which the PAPR of the transmitting amplifier exceeds the backoff and the minimum Euclidean distance for each modulation method.
(c):無線通信装置は、平均送信電力Pに対して、下式(3)を用いてSNRを算出する。 (c): The wireless communication device calculates the SNR for the average transmission power P using the following equation (3):
(d):無線通信装置は、現在の変調インデックス、及びロールオフ率αに対する所要SNRを満たしていないと判定した場合、変調インデックスを降下させ、実際のPAPRを再計算する。 (d): If the wireless communication device determines that the required SNR for the current modulation index and roll-off rate α is not met, it lowers the modulation index and recalculates the actual PAPR.
(e):無線通信装置は、特定したロールオフ率αそれぞれと、算出したSNRとを用いて、上式(1)により伝送容量CFTNを算出する。 (e): The wireless communication device calculates the transmission capacity C FTN by using the specified roll-off factor α and the calculated SNR according to the above formula (1).
(f):無線通信装置は、平均送信電力Pを変化させて伝送容量CFTNが最大となる平均送信電力P、ロールオフ率α、及び圧縮率τを決定する。 (f): The wireless communication device changes the average transmission power P and determines the average transmission power P, roll-off rate α, and compression rate τ that maximize the transmission capacity C FTN .
次に、一実施形態にかかる無線通信装置が備える機能の具体例について説明する。図6は、一実施形態にかかる無線通信装置が伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するために有する機能を例示する機能ブロック図である。 Next, specific examples of functions provided in a wireless communication device according to one embodiment will be described. Figure 6 is a functional block diagram illustrating functions provided in a wireless communication device according to one embodiment for optimizing transmission capacity while maintaining transmission quality.
図6に示したように、一実施形態にかかる無線通信装置は、記憶部10、許容値算出部11、SNR算出部12、判定処理部13、容量算出部14、及び決定部15を有する。 As shown in FIG. 6, the wireless communication device according to one embodiment includes a memory unit 10, a tolerance calculation unit 11, an SNR calculation unit 12, a judgment processing unit 13, a capacity calculation unit 14, and a determination unit 15.
記憶部10は、上述した関係表など、無線通信装置が伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するために必要な情報を記憶するメモリなどである。 The storage unit 10 is a memory or the like that stores information necessary for the wireless communication device to optimize transmission capacity while maintaining transmission quality, such as the relationship table described above.
許容値算出部11は、送信増幅器による平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして許容されるPAPRの値を算出し、算出結果を記憶部10及びSNR算出部12に対して出力する。 The tolerance calculation unit 11 calculates the allowable PAPR value for the average transmission power P of the transmission amplifier, using the difference from P1 dB as the backoff, and outputs the calculation result to the memory unit 10 and the SNR calculation unit 12.
つまり、許容値算出部11は、送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして許容される各変調方式のPAPRの値を算出する。 In other words, the tolerance calculation unit 11 calculates the PAPR value for each modulation method that is acceptable as a backoff, using the difference from P1 dB for the average transmission power P amplified by the transmission amplifier.
SNR算出部12は、16QAMや16APSKなどの各変調方式のPAPRに対し、記憶部10が記憶している関係表を用いてロールオフ率αをそれぞれ特定し、送信増幅器のPAPRがバックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量及び変調インデックスを算出し、平均送信電力に対して上式(3)を用いてSNRを算出し、算出したSNRを記憶部10及び判定処理部13に対して出力する。 The SNR calculation unit 12 determines the roll-off rate α for each PAPR of each modulation method, such as 16QAM or 16APSK, using a relationship table stored in the memory unit 10. It calculates the SNR degradation equivalent amount and modulation index based on the amount by which the PAPR of the transmission amplifier exceeds the backoff and the minimum Euclidean distance. It then calculates the SNR for the average transmission power using equation (3) above, and outputs the calculated SNR to the memory unit 10 and the determination processing unit 13.
判定処理部13は、現在の変調インデックス、ロールオフ率αに対する所要SNRを満たしているか否かを判定し、判定結果を記憶部10、SNR算出部12及び容量算出部14に対して出力する。例えば、判定処理部13は、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させ、例えばSNR算出部12に実際のPAPRを再計算させる。 The determination processing unit 13 determines whether the required SNR for the current modulation index and roll-off rate α is met, and outputs the determination result to the memory unit 10, SNR calculation unit 12, and capacity calculation unit 14. For example, if the determination processing unit 13 determines that the required SNR is not met, it lowers the modulation index and, for example, causes the SNR calculation unit 12 to recalculate the actual PAPR.
容量算出部14は、記憶部10にアクセスし、SNR算出部12が特定したロールオフ率αそれぞれ及びSNRを用いて、上式(1)により伝送容量CFTNを算出し、算出結果を記憶部10及び決定部15に対して出力する。例えば、容量算出部14は、SC-FTN伝送における許容されるPAPRの値を算出する。 The capacity calculation unit 14 accesses the storage unit 10, calculates the transmission capacity C FTN according to the above formula (1) using the roll-off rates α and the SNR specified by the SNR calculation unit 12, and outputs the calculation result to the storage unit 10 and the determination unit 15. For example, the capacity calculation unit 14 calculates the value of the allowable PAPR in SC-FTN transmission.
決定部15は、記憶部10にアクセスし、平均送信電力Pを順次に変更しつつ、複数のPAPRの値から最適な伝送容量CFTNを決定し、最適なCFTNとなるロールオフ率αを送信増幅器に対する最終的なロールオフ率αとして決定する。 The determination unit 15 accesses the memory unit 10, and while sequentially changing the average transmission power P, determines the optimal transmission capacity CFTN from multiple PAPR values, and determines the roll-off rate α that results in the optimal CFTN as the final roll-off rate α for the transmission amplifier.
つまり、決定部15は、平均送信電力を順次に変更しつつ、複数のPAPRの値に基づいて、容量算出部14が算出した伝送容量の中から最適な伝送容量を決定し、最適な伝送容量となるロールオフ率を送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する。 In other words, the determination unit 15 sequentially changes the average transmission power, determines the optimal transmission capacity from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit 14 based on multiple PAPR values, and determines the roll-off rate that results in the optimal transmission capacity as the final roll-off rate for the transmission amplifier.
このように、一実施形態にかかる無線通信装置は、最適なFTN効率、ロールオフ率α、SNR(劣化SNR換算量)、及び変調インデックスを組合せたSC-FTN伝送、又はナイキスト伝送を選択することにより、伝送容量CFTNの最適化を実現する。 In this way, the wireless communication device of one embodiment realizes optimization of the transmission capacity C FTN by selecting SC-FTN transmission or Nyquist transmission that combines the optimal FTN efficiency, roll-off rate α, SNR (degraded SNR equivalent amount), and modulation index.
次に、一実施形態にかかる無線通信装置の動作例について説明する。図7は、一実施形態にかかる無線通信装置の動作例を示すフローチャートである。 Next, an example of the operation of a wireless communication device according to one embodiment will be described. Figure 7 is a flowchart showing an example of the operation of a wireless communication device according to one embodiment.
ステップ100(S100)において、許容値算出部11は、送信増幅器による平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして許容されるPAPRの値を算出する。 In step 100 (S100), the tolerance calculation unit 11 calculates the allowable PAPR value for the average transmission power P of the transmission amplifier, using the difference from P1 dB as the backoff.
ステップ102(S102)において、SNR算出部12は、記憶部10が記憶している関係表を用いてロールオフ率αをそれぞれ特定し、送信増幅器のPAPRがバックオフを超える量と、各変調方式の最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量及び変調インデックスを算出し、平均送信電力に対してSNRを算出する。 In step 102 (S102), the SNR calculation unit 12 identifies the roll-off rate α using the relationship table stored in the memory unit 10, calculates the SNR degradation equivalent amount and modulation index based on the amount by which the PAPR of the transmission amplifier exceeds the backoff and the minimum Euclidean distance for each modulation method, and calculates the SNR for the average transmission power.
ステップ104(S104)において、判定処理部13は、現在の変調インデックス、ロールオフ率αに対する所要SNRを満たしているか否かを判定し、満たしていると判定した場合(S104:Yes)にはS108の処理に進み、満たしていないと判定した場合(S104:No)にはS106の処理に進む。 In step 104 (S104), the determination processing unit 13 determines whether the required SNR for the current modulation index and roll-off rate α is met, and if it is determined that it is met (S104: Yes), proceeds to processing S108, and if it is determined that it is not met (S104: No), proceeds to processing S106.
ステップ106(S106)において、判定処理部13は、変調インデックスを降下させ、S102の処理に戻る。 In step 106 (S106), the determination processing unit 13 lowers the modulation index and returns to processing S102.
ステップ108(S108)において、容量算出部14は、SNR算出部12が特定したロールオフ率αそれぞれ及びSNRを用いて、上式(1)により伝送容量CFTNを算出する。 In step 108 (S108), the capacity calculation unit 14 calculates the transmission capacity C FTN by the above formula (1) using the roll-off factors α and the SNR specified by the SNR calculation unit 12.
ステップ110(S110)において、決定部15は、容量算出部14が算出したCFTNが、記憶部10が以前に記憶したCFTNより大きいか否かを判定し、大きい場合(S110:Yes)にはS112の処理に進み、その他の場合(S110:No)にはS114の処理に進む。 In step 110 (S110), the determination unit 15 determines whether the C FTN calculated by the capacity calculation unit 14 is greater than the C FTN previously stored in the memory unit 10, and if it is greater (S110: Yes), proceeds to processing S112, otherwise (S110: No), proceeds to processing S114.
ステップ112(S112)において、記憶部10は、容量算出部14が最後に算出したCFTNを記憶する。 In step 112 (S112), the storage unit 10 stores the CFTN last calculated by the capacity calculation unit 14.
ステップ114(S114)において、決定部15は、平均送信電力PがPmax(送信電力最大値)よりも大きいか否かを判定し、大きい場合(S114:Yes)には処理を終了し、その他の場合(S114:No)にはS116の処理に進む。 In step 114 (S114), the decision unit 15 determines whether the average transmission power P is greater than Pmax (maximum transmission power value), and if it is greater (S114: Yes), the process ends; otherwise (S114: No), the process proceeds to S116.
ステップ116(S116)において、決定部15は、平均送信電力PiをPi+1(ただし、・・・<Pi-1<Pi<Pi+1<・・・)とする。 In step 116 (S116), the determination unit 15 sets the average transmission power P i to P i+1 (where . . . < P i-1 < P i < P i+1 < . . . ).
つまり、決定部15は、所定のロールオフ率αに対して、所要SNRを満たしていない場合に変調インデクスを下げてロールオフ率α等を決定する。 In other words, if the required SNR is not met for a given roll-off rate α, the determination unit 15 lowers the modulation index and determines the roll-off rate α, etc.
このように、送信信号を増幅させる送信増幅器を備えた無線通信装置は、SC-FTN伝送を選択した場合、ロールオフ率α、劣化SNR換算量、及び変調インデックスの組合せを決定し、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化することができる。 In this way, when a wireless communication device equipped with a transmission amplifier that amplifies a transmission signal selects SC-FTN transmission, it can determine the combination of roll-off rate α, SNR degradation equivalent amount, and modulation index, and optimize transmission capacity while maintaining transmission quality.
なお、上述した無線通信装置を構成する各部は、一部又は全部が、ハードウェアによって構成されてもよいし、メモリ等に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されてもよい。 Note that some or all of the components constituting the wireless communication device described above may be configured using hardware, or may be configured by having a processor execute a program stored in memory or the like.
また、無線通信装置を構成する各部は、一部又は全部がプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されている場合、当該プログラムが記録媒体に記録されて供給されてもよいし、ネットワークを介して供給されてもよい。 Furthermore, if some or all of the components of a wireless communication device are configured by having a processor execute a program, the program may be recorded on a recording medium and supplied, or may be supplied via a network.
10・・・記憶部、11・・・許容値算出部、12・・・SNR算出部、13・・・判定処理部、14・・・容量算出部、15・・・決定部 10: Memory unit, 11: Tolerance value calculation unit, 12: SNR calculation unit, 13: Judgment processing unit, 14: Capacity calculation unit, 15: Determination unit
Claims (3)
前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出工程と、
算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出工程と、
算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理工程と、
判定した結果に基づく変調インデックスと、特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出工程と、
平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出工程により算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication method using a wireless communication device that includes a transmission amplifier and transmits signals by switching modulation indexes,
a tolerance calculation step of calculating a PAPR value for each modulation index where distortion is allowed to exceed a backoff value that is a difference from P1 dB with respect to an average transmission power P amplified by the transmission amplifier;
an SNR calculation step of specifying a roll-off rate for each calculated PAPR using a predetermined relationship table, calculating a degradation SNR equivalent amount based on the amount exceeding the back-off and the minimum Euclidean distance , and calculating an SNR by subtracting the propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from the average transmission power;
a determination process step of determining whether the calculated SNR satisfies a predetermined required SNR for the current modulation index and roll-off rate, and performing a process of lowering the modulation index when it is determined that the calculated SNR does not satisfy the required SNR;
a capacity calculation step of calculating a transmission capacity through the transmission amplifier using a modulation index based on the determined result, each of the specified roll-off factors, and an SNR;
a determination step of determining a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated in the capacity calculation step based on a PAPR value for each of the changed average transmission powers while sequentially changing the average transmission power, and determining a roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier.
前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出部と、
前記許容値算出部が算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出部と、
算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理部と、
前記判定処理部が判定した結果に基づく変調インデックスと、前記SNR算出部が特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出部と、
平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出部が算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定部と
を有することを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device including a transmission amplifier and transmitting a signal by switching a modulation index,
a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation index where distortion is allowed to exceed a backoff value that is a difference from P1 dB with respect to an average transmission power P amplified by the transmission amplifier;
an SNR calculation unit that specifies a roll-off rate for each PAPR calculated by the tolerance calculation unit using a predetermined relationship table, calculates a degradation SNR equivalent amount based on an amount exceeding the back-off and a minimum Euclidean distance, and calculates an SNR by subtracting a propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from an average transmission power;
a determination processing unit that determines whether the calculated SNR satisfies a predetermined required SNR for the current modulation index and roll-off rate, and performs processing to lower the modulation index when it is determined that the required SNR is not satisfied;
a capacity calculation unit that calculates a transmission capacity through the transmission amplifier using a modulation index based on the result of the determination by the determination processing unit, and each of the roll-off rates and the SNR specified by the SNR calculation unit;
a determination unit that determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from among the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a PAPR value for each of the changed average transmission powers while sequentially changing the average transmission power, and determines a roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier.
前記送信増幅器が増幅させた平均送信電力Pに対して、P1dBからの差をバックオフとして当該バックオフの値を超えて歪が許容される各変調インデックスのPAPRの値を算出する許容値算出部と、
前記許容値算出部が算出したPAPRに対し、予め定められた関係表を用いてロールオフ率をそれぞれ特定し、バックオフを超える量と、最小ユークリッド距離に基づいて劣化SNR換算量を算出し、平均送信電力から伝搬損失、雑音電力、及び前記劣化SNR換算量を差し引いてSNRを算出するSNR算出部と、
算出したSNRが現在の変調インデックス、ロールオフ率に対する予め定められた所要SNRを満たしているか否かを判定し、所要SNRを満たしていないと判定した場合には、変調インデックスを降下させる処理を行う判定処理部と、
前記判定処理部が判定した結果に基づく変調インデックスと、前記SNR算出部が特定したロールオフ率それぞれ及びSNRを用いて前記送信増幅器を介する伝送容量を算出する容量算出部と、
平均送信電力を順次に変更しつつ、変更された平均送信電力それぞれのPAPRの値に基づいて、前記容量算出部が算出した伝送容量の中から所定の伝送品質を維持する最大の伝送容量を決定し、最大の伝送容量となるロールオフ率を前記送信増幅器に対する最終的なロールオフ率として決定する決定部と
を有することを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system in which a signal is transmitted by a wireless communication device that has a transmission amplifier and switches a modulation index,
a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation index where distortion is allowed to exceed a backoff value that is a difference from P1 dB with respect to an average transmission power P amplified by the transmission amplifier;
an SNR calculation unit that specifies a roll-off rate for each PAPR calculated by the tolerance calculation unit using a predetermined relationship table, calculates a degradation SNR equivalent amount based on an amount exceeding the back-off and a minimum Euclidean distance, and calculates an SNR by subtracting a propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from an average transmission power;
a determination processing unit that determines whether the calculated SNR satisfies a predetermined required SNR for the current modulation index and roll-off rate, and performs processing to lower the modulation index when it is determined that the required SNR is not satisfied;
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a determination unit that determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from among the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a PAPR value for each of the changed average transmission powers while sequentially changing the average transmission power, and determines a roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier.
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