JP7750157B2 - 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、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方式の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換算量を計算し、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に基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択工程と、ＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、ＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、ナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを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 between SC-FTN transmission and Nyquist transmission, the method comprising the steps of: calculating a PAPR value for each modulation scheme 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 back-off; 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; and calculating an SNR based on the calculated SNR. the method includes a selection step of selecting either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, whichever is more advantageous , as a signal transmission method ; a capacity calculation step of calculating, if SC-FTN transmission is selected, a transmission capacity via the transmission amplifier using each of the specified roll-off rates and an SNR; and, if SC-FTN transmission is selected, a determination step of determining, from the transmission capacities calculated in the capacity calculation step , a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality , based on a plurality of PAPR values obtained by sequentially changing the average transmission power, and determining the roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier; and, if Nyquist transmission is selected, determining to perform Nyquist transmission using 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、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方式の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換算量を計算し、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、前記ＳＮＲ算出部が算出したＳＮＲに基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択部と、前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、前記選択部がナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを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 signals by switching between SC-FTN transmission and Nyquist transmission. The wireless communication device includes a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation scheme 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 the amount exceeding the back-off and the minimum Euclidean distance, and calculates an SNR by subtracting the propagation loss, noise power, and the degradation SNR equivalent amount from the average transmission power; and a SC-FTN transmission unit that calculates an SNR where distortion is allowed beyond the back-off value calculated by the SNR calculation unit. The present invention is characterized in that it comprises a selection unit that selects either FTN transmission or Nyquist transmission as a signal transmission method ; a capacity calculation unit that, when the selection unit selects SC-FTN transmission, calculates a transmission capacity via the transmission amplifier using the SNR and each roll-off rate identified by the SNR calculation unit; and a determination unit that, when the selection unit selects SC-FTN transmission, determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a plurality of PAPR values obtained by sequentially changing the average transmission power, and determines the roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier, and, when the selection unit selects Nyquist transmission, determines to perform Nyquist transmission using 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、ＳＣ－ＦＴＮ伝送とナイキスト伝送と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方式の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換算量を計算し、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、前記ＳＮＲ算出部が算出したＳＮＲに基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択部と、前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、前記選択部がナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを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 signals using a wireless communication device that switches between SC-FTN transmission and Nyquist transmission. The wireless communication system includes a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation scheme 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 a signal having a characteristic that is effective based on the SNR calculated by the SNR calculation unit. a capacity calculation unit that, when the selection unit selects SC-FTN transmission , calculates the transmission capacity via the transmission amplifier using the roll-off rates and the SNR specified by the SNR calculation unit; and, when the selection unit selects SC-FTN transmission, determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a plurality of PAPR values obtained by sequentially changing the average transmission power, and determines the roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier, and, when the selection unit selects Nyquist transmission, determines to perform Nyquist transmission using 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 viewed 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）～（Ｄ）の４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 switching between SC-FTN transmission and Nyquist transmission, for example, and is based on the following four conditions (A) to (D).
（Ａ）：無線通信装置では、通常のナイキスト伝送に対してＳＣ－ＦＴＮ伝送の特性が有利となるＳＮＲが存在する。 (A): In wireless communication devices, there exists an SNR at which the characteristics of SC-FTN transmission are advantageous over conventional Nyquist transmission.
図４は、ＳＣ－ＦＴＮ伝送及びナイキスト伝送それぞれの伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するために特性が有利なＳＮＲを示す図である。高ＳＮＲではＳＣ－ＦＴＮ伝送が有利であり、低ＳＮＲではナイキスト伝送が有利である。 Figure 4 shows the SNRs at which SC-FTN and Nyquist transmissions offer advantageous characteristics for optimizing transmission capacity while maintaining transmission quality. SC-FTN transmission is advantageous at high SNRs, while Nyquist transmission is advantageous at low SNRs.
（Ｂ）：無線通信装置は、ＳＣ－ＦＴＮ伝送を適用する場合、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。 (B): When applying SC-FTN transmission, the wireless communication device maintains the relationship of the above equation (2) so that the transmission capacity C FTN is maximized.
（Ｃ）：無線通信装置は、変調方式ごとにＰＡＰＲがロールオフ率α（τの関数）に対して一意となり、予め各変調方式（例えば１６ＱＡＭと１６ＡＰＳＫそれぞれ）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。 (C): The wireless communication device has a unique PAPR for each modulation scheme with respect to the roll-off factor α (a function of τ), and stores a table (e.g., a look-up table) of the relationship between PAPR and roll-off factor α for each modulation scheme (e.g., 16QAM and 16APSK).
（Ｄ）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。 (D) 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、及びＳＮＲ（劣化ＳＮＲ換算量）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, and SNR (degraded SNR equivalent amount), thereby optimizing transmission capacity.
（ａ）：無線通信装置は、各変調方式（例えば１６ＱＡＭと１６ＡＰＳＫ）のＰＡＰＲに対してロールオフ率αを関係表からそれぞれ特定する。 (a): The wireless communication device determines the roll-off factor α for each PAPR of each modulation method (e.g., 16QAM and 16APSK) from a relationship table.
（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、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するために、算出したＳＮＲに基づいて、特性が有利であるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを選択する（図４参照）。 (d): In order to optimize transmission capacity while maintaining transmission quality, the wireless communication device selects either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which has advantageous characteristics, based on the calculated SNR (see Figure 4).
（ｅ）：無線通信装置は、ＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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): When the wireless communication device selects SC-FTN transmission, it calculates the transmission capacity C FTN according to the above formula (1) using the specified roll-off rate α and the calculated SNR.
（ｆ）：無線通信装置は、複数のＰＡＰＲの値から最適な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。 (f): The wireless communication device determines an optimum CFTN from a plurality of PAPR values, and determines the roll-off factor α that results in the optimum CFTN as the final roll-off factor α for the transmitting amplifier.
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、選択部１３、容量算出部１４、及び決定部１５を有する。 As shown in FIG. 6, a wireless communication device according to one embodiment includes a memory unit 10, a tolerance calculation unit 11, an SNR calculation unit 12, a selection 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換算量を計算し、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及び選択部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, calculates the SNR degradation equivalent amount based on the amount by which the PAPR of the transmission amplifier exceeds the backoff and the minimum Euclidean distance, calculates the SNR using equation (3) above for the average transmission power, and outputs the calculated SNR to the memory unit 10 and the selection unit 13.
選択部１３は、ＳＮＲ算出部１２が算出したＳＮＲを用いて、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するために特性が有利なＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを選択し、選択結果を記憶部１０及び容量算出部１４に対して出力する。 The selection unit 13 uses the SNR calculated by the SNR calculation unit 12 to select either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which has advantageous characteristics for optimizing transmission capacity while maintaining transmission quality, and outputs the selection result to the memory unit 10 and capacity calculation unit 14.
容量算出部１４は、選択部１３がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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。 When the selector 13 selects SC-FTN transmission, the capacity calculator 14 accesses the memory 10, calculates the transmission capacity C FTN according to the above formula (1) using the roll-off factors α and the SNR specified by the SNR calculator 12, and outputs the calculation result to the memory 10 and the determiner 15. For example, the capacity calculator 14 calculates the value of the allowable PAPR in SC-FTN transmission.
つまり、容量算出部１４は、選択部１３がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、ＳＮＲ算出部１２が特定したロールオフ率それぞれ及びＳＮＲを用いて送信増幅器を介する伝送容量を算出する。 In other words, when the selector 13 selects SC-FTN transmission, the capacity calculator 14 calculates the transmission capacity via the transmission amplifier using the roll-off rates and SNRs identified by the SNR calculator 12.
決定部１５は、記憶部１０にアクセスし、選択部１３がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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。また、決定部１５は、選択部１３がナイキスト伝送を選択した場合、無線通信装置が送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを決定する。 The determination unit 15 accesses the storage unit 10, and when the selection unit 13 selects SC-FTN transmission, determines an optimal transmission capacity CFTN from multiple PAPR values while sequentially changing the average transmission power P, and determines the roll-off rate α that results in the optimal CFTN as the final roll-off rate α for the transmission amplifier. Furthermore, when the selection unit 13 selects Nyquist transmission, the determination unit 15 determines that the wireless communication device will perform Nyquist transmission using a 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、及びＳＮＲ（劣化ＳＮＲ換算量）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 according to one embodiment optimizes the transmission capacity C FTN by selecting SC-FTN transmission or Nyquist transmission that combines the optimal FTN efficiency, roll-off rate α, and SNR (degraded SNR equivalent amount).
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、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、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 determines the roll-off rate α for each PAPR of each modulation method, such as 16QAM or 16APSK, using the relationship table stored in the memory unit 10, calculates the SNR degradation equivalent amount 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、選択部１３は、伝送品質を維持しつつ伝送容量を最適化するためにＳＣ－ＦＴＮ伝送の特性がナイキスト伝送よりも有利であるか否かを判定し、有利であると判定した場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）にはＳ１０８の処理に進み、有利で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 selection unit 13 determines whether the characteristics of SC-FTN transmission are more advantageous than Nyquist transmission in order to optimize transmission capacity while maintaining transmission quality. If it is determined that they are advantageous (S104: Yes), the process proceeds to S108. If it is determined that they are not advantageous (S104: No), the process proceeds to S106.
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、選択部１３は、ナイキスト伝送を選択する。 In step 106 (S106), the selection unit 13 selects Nyquist transmission.
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、選択部１３がナイキスト伝送を選択した場合、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。また、決定部１５は、選択部１３がナイキスト伝送を選択した場合、無線通信装置が送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを決定する。 In other words, when the selector 13 selects Nyquist transmission, the determiner 15 determines the optimal transmission capacity CFTN from multiple PAPR values while sequentially changing the average transmission power P, and determines the roll-off rate α that results in the optimal CFTN as the final roll-off rate α for the transmitting amplifier. Furthermore, when the selector 13 selects Nyquist transmission, the determiner 15 determines that the wireless communication device will perform Nyquist transmission using a transmitting amplifier.
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、及び変調方式の組合せを決定し、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。また、無線通信装置は、ナイキスト伝送を選択した方が有利な場合にはナイキスト伝送を選択して伝送容量を最適化する。 In this way, when a wireless communication device equipped with a transmission amplifier that amplifies a transmission signal selects SC-FTN transmission, it determines the combination of roll-off rate α, SNR degradation equivalent amount, and modulation method, and can optimize transmission capacity while maintaining transmission quality. Furthermore, when selecting Nyquist transmission is more advantageous, the wireless communication device selects Nyquist transmission to optimize transmission capacity.
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・・・選択部、１４・・・容量算出部、１５・・・決定部 10: Memory unit, 11: Tolerance value calculation unit, 12: SNR calculation unit, 13: Selection 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方式の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換算量を計算し、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に基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択工程と、
ＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、
ＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、ナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを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 between SC-FTN transmission and Nyquist transmission,
a tolerance calculation step of calculating a PAPR value for each modulation scheme 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 selection step of selecting, based on the calculated SNR, either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which has advantageous characteristics , as a signal transmission method ;
a capacity calculation step of calculating a transmission capacity through the transmission amplifier using each of the identified roll-off factors and the SNR when SC-FTN transmission is selected;
a determination step of determining, when SC-FTN transmission is selected, a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from among the transmission capacities calculated in the capacity calculation step , based on a plurality of PAPR values obtained by 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, and, when Nyquist transmission is selected, determining to perform Nyquist transmission using 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方式の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換算量を計算し、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、
前記ＳＮＲ算出部が算出したＳＮＲに基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択部と、
前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、
前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、前記選択部がナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを決定する決定部と
を有することを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device that includes a transmission amplifier and transmits signals by switching between SC-FTN transmission and Nyquist transmission,
a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation scheme 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 selection unit that selects either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which has advantageous characteristics , as a signal transmission method based on the SNR calculated by the SNR calculation unit;
a capacity calculation unit that calculates a transmission capacity through the transmission amplifier using each roll-off rate and the SNR specified by the SNR calculation unit when the selection unit selects SC-FTN transmission;
a determination unit that, when the selection unit selects SC-FTN transmission, determines a maximum transmission capacity that maintains a predetermined transmission quality from the transmission capacities calculated by the capacity calculation unit based on a plurality of PAPR values obtained by sequentially changing the average transmission power, determines a roll-off rate that results in the maximum transmission capacity as a final roll-off rate for the transmission amplifier, and, when the selection unit selects Nyquist transmission, determines to perform Nyquist transmission using 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方式の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換算量を計算し、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、
前記ＳＮＲ算出部が算出したＳＮＲに基づいて、特性が有利となるＳＣ－ＦＴＮ伝送又はナイキスト伝送のいずれかを、信号を伝送する方式として選択する選択部と、
前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、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、
前記選択部がＳＣ－ＦＴＮ伝送を選択した場合、平均送信電力を順次に変更して得られた複数の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し、前記選択部がナイキスト伝送を選択した場合、前記送信増幅器を用いたナイキスト伝送を行うことを決定する決定部と
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 includes a transmission amplifier and switches between SC-FTN transmission and Nyquist transmission,
a tolerance calculation unit that calculates a PAPR value for each modulation scheme 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 selection unit that selects either SC-FTN transmission or Nyquist transmission, which has advantageous characteristics , as a signal transmission method based on the SNR calculated by the SNR calculation unit;
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