JP2011205557A - 信号生成装置及び信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与する。
【解決手段】逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置１は、送信データを変調し変調データを得る変調手段１０と、直列で入力された変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段１１と、並列データの一部又は全部を選択して複製し複製データを得る複製手段１２と、複製データを時間軸に沿ってシフトさせて時間軸シフトデータを得る第１の時間軸シフト手段１３と、直並変換手段１１により得られた並列データと第１の時間軸シフト手段１３により得られた時間軸シフトデータとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段１４と、を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、２次の周期定常性の特徴を付与する信号生成装置及び信号生成方法に関する。

近年の通信システムにおいては、信号を受信した端末が受信した信号について情報を収集して通信状況を認識し、その認識した通信状況を分析し、その分析結果に基づき、当該端末に有利な、あるいは所望の通信品質（通信速度、誤り率などの所定の品質）を達成可能な信号送信用パラメータを使用して通信を行う、環境認識型の通信システムが、特に無線通信の分野において、検討されている。また、環境認識型の通信システムにおいては、端末における通信状況の認識において、信号の復調に基づいた情報収集が一般的に考えられている。

しかし、通信方式の異なる複数のシステムが混在して同一の領域で通信を行う場合、信号を互いに復調することができず、信号を受信したときに「信号が存在している」という状態の認識は可能である反面、それ以上の情報を収集することができないという問題がある。

これに対し、信号の統計量に着目し、受信信号についての情報を、統計量を計算することにより収集する手法が着目されている。その中でも、演算量が比較的少ない２次の周期定常性について、特に検討が行われている。２次の周期定常性は、異なるパラメータを有する信号に対して異なる特徴が出現する統計量であり、これを用いることにより、異なるパラメータを有する複数の信号を容易に識別することができる。したがって、通信方式の異なる複数のシステムが混在して同一の領域で通信を行う場合において、信号を受信したときに「信号が存在している」という情報に加え、「どのシステムに属する信号か」の情報を得ることが可能となる。しかし、この手法を用いたとしても、得られる情報量は極めて少なく、通信状況の認識をするためには十分ではない、という問題があった。

そこで、送信機が、人工的に２次の周期定常性の特徴を生成する信号に付与し、人工的に付与した統計量を介して、より多くの情報を送信する手法が検討されている（下記の特許文献１及び非特許文献１）。

特開２００８−０６１２１４号公報

Ｐ．Ｄ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｋ．Ｅ．Ｎｏｌａｎ ａｎｄ Ｌ．Ｅ．Ｄｏｙｌｅ、 "Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ ｉｎ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、" ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＪＳＡＣ）、 Ｖｏｌ．２６、 ｎｏ．１、 ｐｐ．１３−２４、 ２００８．

特許文献１においては、無線信号に統計量に基づくＩＤを付与する信号生成方法が開示されている。特許文献１の明細書の第６４段落から第７３段落では、マルチキャリア伝送において、所定の複数のサブキャリアにおいて同一のシンボルを送信させることにより周期定常性の特徴を付与する無線信号生成方法が開示されている。また、非特許文献１においては、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式使用時に、一部のサブキャリアで送信するデータを複製し、他のサブキャリアにおいても同一のデータを送信するように逆フーリエ変換への入力を制御して送信信号を生成することにより、周期定常性の特徴を付与する無線信号生成方法が開示されている。

特許文献１の無線信号生成方法及び非特許文献１の無線信号生成方法は、あるサブキャリアの送信信号と、当該サブキャリアから所定の数だけ離れたサブキャリアにおいて送信する信号とを同一にすることにより、当該所定の数に応じた周期定常性の特徴を有する信号を生成するものである。しかし、これらの発明によると、付与できる周期定常性の特徴の種類は、全体のサブキャリアの数に制限されるため、多くの種類の情報を周期定常性の特徴を用いて伝送することが困難である、という問題点があった。

そこで、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる信号生成装置及び信号生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係る信号生成装置は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、入力された複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを得る第１の時間軸シフト手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記第１の時間軸シフト手段により得られた前記時間軸シフトデータとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、を具備することを特徴とする。

前述した従来の手法では時間軸上の自由度は無かったところ、上記の信号生成装置によれば、時間軸上の自由度を持たせることができ、時間軸に沿ったシフト量に応じて多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

なお、上記の信号生成装置は、前記第１の時間軸シフト手段によるシフト量を制御するシフト量制御手段をさらに具備してもよい。かかる構成により、付与したい周期定常性の特徴に応じて、第１の時間軸シフト手段によるシフト量を制御し、システムの要件に応じた多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

また、上記の信号生成装置は、前記複製手段により複製された複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相が回転した複製データを前記第１の時間軸シフト手段へ出力する位相回転手段と、前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段と、をさらに具備してもよい。かかる構成により、信号点の位相を回転させる回転速度に応じた周波数シフト量をさらなる変動要因として、より多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

また、上記の第１の時間軸シフト手段は、前記複製手段により複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、前記複製データをサンプル単位で時間軸に沿ってシフトさせる構成としてもよい。かかる構成により、サンプル単位の時間軸に沿ったシフトを実現でき、さらに多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

また、サンプル単位の時間軸に沿ったシフトを実現する別の態様として、以下の構成を採用してもよい。即ち、本発明の一側面に係る信号生成装置は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記複製手段により得られた前記複製データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、前記複製データの逆フーリエ変換後のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを得る第２の時間軸シフト手段と、前記並列データの逆フーリエ変換後のデータと前記時間軸シフトデータとを合成する合成手段と、を具備することを特徴とする。かかる構成のように、複製データの逆フーリエ変換後のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを得て、この時間軸シフトデータと並列データの逆フーリエ変換後のデータとを合成することで、サンプル単位での時間軸に沿ったシフト量に応じて多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

ところで、上述した信号生成装置に係る発明は、信号生成方法に係る発明として捉えることもでき、以下のように記載することができる。信号生成方法に係る発明はそれぞれ、対応する上記の信号生成装置に係る発明と同様の作用・効果を奏する。

本発明の一側面に係る信号生成方法は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、送信データを変調し、変調データを得る変調ステップと、前記変調ステップにより得られた前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換ステップと、前記直並変換ステップにより得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製ステップと、入力された複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを得る第１の時間軸シフトステップと、前記直並変換ステップにより得られた前記並列データと前記第１の時間軸シフトステップにより得られた前記時間軸シフトデータとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換ステップと、を具備することを特徴とする。

なお、上記の信号生成方法は、前記第１の時間軸シフトステップにおけるシフト量を制御するシフト量制御ステップ、をさらに具備してもよい。

また、上記の信号生成方法は、前記複製ステップにより複製された複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相が回転した複製データを前記第１の時間軸シフトステップへ出力する位相回転ステップと、前記位相回転ステップにより前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御ステップと、をさらに具備してもよい。

また、上記の信号生成方法における第１の時間軸シフトステップでは、前記信号生成装置は、前記複製ステップにより複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、前記複製データをサンプル単位で時間軸に沿ってシフトさせてもよい。

また、別の態様として、本発明の一側面に係る信号生成方法は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、送信データを変調し、変調データを得る変調ステップと、前記変調ステップにより得られた前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換ステップと、前記直並変換ステップにより得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製ステップと、前記直並変換ステップにより得られた前記並列データと前記複製ステップにより得られた前記複製データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換ステップと、前記複製データの逆フーリエ変換後のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを得る第２の時間軸シフトステップと、前記並列データの逆フーリエ変換後のデータと前記時間軸シフトデータとを合成する合成ステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、２次の周期定常性に基づく信号識別を行う通信システムにおいて、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

第１、第４実施形態に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第１、第４実施形態に係る信号生成処理を示す流れ図である。 第１実施形態に係る信号生成処理の効果を説明するための図である。 第１実施形態の変形例に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第２実施形態に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第２実施形態に係る信号生成処理を示す流れ図である。 第３実施形態に係る信号生成装置の機能的構成を表すブロック図である。 第３実施形態に係る信号生成処理を示す流れ図である。 第４実施形態に係る第１の時間軸シフトステップの処理を示す流れ図である。 信号生成装置のハードウェア構成例を表すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について順に説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る信号生成装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る信号生成装置１の機能的構成を表すブロック図である。この図１に示すように、信号生成装置１は、変調手段１０と、直並変換手段１１と、複製手段１２と、第１の時間軸シフト手段１３と、逆フーリエ変換手段１４と、ＧＩ挿入手段１５と、並直変換手段１６とを備えている。

以下、図１を用いて、各機能要素について説明する。

変調手段１０は、送信されるデータＡ（以下「送信データＡ」という）を変調し、変調データを得る。ここでの変調とは、例えば位相変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等）、振幅変調（ＰＡＭ等）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等の変調方式に従って、送信データを同相成分及び直交成分から成る信号空間上へマッピングする手法を言う。直並変換手段１１は、変調手段１０により得られ直列に出力された変調データを、並列に変換することにより、並列データを生成する。複製手段１２は、並列データとして与えられた行列の一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを得る。

第１の時間軸シフト手段１３は、入力された複製データを時間軸に沿ってシフトさせて時間軸シフトデータを得る。ここでは、一例として、第１の時間軸シフト手段１３は、事前に定めた付与統計量に応じたシフト量を予め記憶しておき、かかるシフト量に基づいて複製データを時間軸に沿ってシフトさせる。

逆フーリエ変換手段１４は、直並変換手段１１から出力された並列データと第１の時間軸シフト手段１３から出力された時間軸シフトデータとを入力とし、当該入力信号を逆フーリエ変換し、得られた逆フーリエ変換信号を出力する。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号の行列の一番右（又は一番左）から所定の列数のすべての要素を複製し、複製した要素を逆フーリエ変換信号に左（又は右）から列方向に連結することにより、ガードインターバル（ＧＩ）を挿入し、ＧＩ挿入信号を得る。並直変換手段１６は、ＧＩ挿入信号として入力された行列を直列データに変換し、得られた送信信号Ｂを出力する。

続いて、第１実施形態の信号生成装置１により実行される、本発明の一側面に係る信号生成方法に基づく処理（以下「信号生成処理」という）について説明する。図２には、信号生成装置１における信号生成処理に関する手順を示す。

本実施形態に係る信号生成処理において、信号に周期定常性の特徴を付与するにあたって、まず信号生成装置１の変調手段１０が、送信データＡを変調し変調データを取得する（図２のステップＳ１１：変調ステップ）。変調データは直並変換手段１１へ直列で入力される。直並変換手段１１は、直列で入力された変調データを並列に変換し、並列データを取得する（ステップＳ１２：直並変換ステップ）。取得された並列データは、複製手段１２へ入力されるとともに、複製手段１２経由で逆フーリエ変換手段１４へ入力される。複製手段１２は、入力された並列データの一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを取得する（ステップＳ１３：複製ステップ）。取得された複製データは第１の時間軸シフト手段１３へ入力される。第１の時間軸シフト手段１３は、事前に定めた付与統計量に応じたシフト量だけ複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを取得する（ステップＳ１４：第１の時間軸シフトステップ）。取得された時間軸シフトデータは逆フーリエ変換手段１４へ入力される。

逆フーリエ変換手段１４は、入力された並列データ及び時間軸シフトデータを高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、逆フーリエ変換信号を取得する（ステップＳ１５：逆フーリエ変換ステップ）。取得された逆フーリエ変換信号は、ＧＩ挿入手段１５へ入力される。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号にＧＩ（ガードインターバル）を挿入し、ＧＩ挿入信号を取得する（ステップＳ１６）。取得されたＧＩ挿入信号は並直変換手段１６へ並列で入力される。並直変換手段１６は、並列で入力されたＧＩ挿入信号を直列へ変換し、時間領域信号である送信信号Ｂを取得し出力する（ステップＳ１７）。以上で、信号生成処理を終了する。

続いて、第１実施形態の効果について説明する。上記の信号生成処理により、２次の周期定常性の特徴を有する信号を生成することができる。ここで、２次の周期定常性とは、主として、２次の周期自己相関関数（Ｃｙｃｌｉｃ Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：いわゆるＣＡＦ）とＳＣＤ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）により表される性質をいう。

本発明は、上記の周期自己相関関数（以下「ＣＡＦ」という）に着目し、多数のＣＡＦピークパターンを出現させることで、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与する。ここで、信号ｘ［ｉ］に対するＣＡＦを以下の式（１）のように定義する。

第１実施形態の信号生成処理において、第１の時間軸シフト手段１３が複製データ（複製したシンボル）を時間軸に沿って１シンボルずつシフトさせたとすると、図３に示すように、矢印Ｄでつないだサンプル同士が、互いに相関を持つこととなる。そして、この送信信号Ｂを受信し、送信信号Ｂに関するＣＡＦを計算すると、上記式（１）におけるαが複製元と複製先の周波数間隔に等しく、且つ、νが、シフトしたシンボル時間（ここでは１シンボル）に応じた時間シフト量に等しい場合に、ＣＡＦピークパターンが出現することとなる。

これにより、従来の手法では時間軸上の自由度は無かったところ、第１実施形態によれば、時間軸上の自由度を持たせることができ、時間軸に沿ったシフト量に応じて多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

（第１実施形態の変形例）
続いて、第１実施形態に係る信号生成装置の変形例について説明する。この変形例では、図４に示すように、シフト量制御手段１７が信号生成装置１に設けられ、信号生成装置１において、シフト量制御手段１７が、外部から入力された付与統計量Ｃの情報に従って、時間軸に沿ったシフト量を計算し、当該計算結果を第１の時間軸シフト手段１３へ出力する。これにより、第１の時間軸シフト手段１３は、上記計算結果に対応したシフト量だけ複製データを時間軸に沿ってシフトさせる動作を行う。なお、この一連の動作は、シフト量制御ステップに相当する。このような変形例によれば、付与統計量Ｃの情報を含んだ外部からの制御信号等によって、出現させる周期定常性の特徴を変動させ、より多彩な２次の周期定常性の特徴を付与することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る信号生成装置の構成について説明する。図５は、第２実施形態に係る信号生成装置１の機能的構成を表すブロック図である。この図５に示すように、信号生成装置１は、変調手段１０と、直並変換手段１１と、複製手段１２と、第１の時間軸シフト手段１３と、逆フーリエ変換手段１４と、ＧＩ挿入手段１５と、並直変換手段１６と、シフト量制御手段１７と、回転速度制御手段１８と、位相回転手段１９とを備えている。

以下、図５を用いて、各機能要素について詳細に説明する。

変調手段１０は、送信データＡを変調し、変調データを得る。ここでの変調とは、例えば位相変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等）、振幅変調（ＰＡＭ等）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等の変調方式に従って、送信データを同相成分及び直交成分から成る信号空間上へマッピングする手法を言う。直並変換手段１１は、変調手段１０により得られ直列に出力された変調データを、並列に変換することにより、並列データを生成する。複製手段１２は、並列データとして与えられた行列の一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを得る。

位相回転手段１９は、複製データのそれぞれの列に、所定の角速度で位相回転する位相回転子を乗算し、位相回転データを得る。回転速度制御手段１８は、位相回転手段１９による位相回転の回転速度を制御する。即ち、回転速度制御手段１８は、入力された付与統計量Ｃの情報に従って、位相回転手段１９による位相回転の回転速度を計算し、当該計算結果を位相回転手段１９へ出力する。これにより、位相回転手段１９は、上記計算で得られた回転速度に基づく位相回転をさせる動作を行う。この一連の動作は、回転速度制御ステップに相当する。

第１の時間軸シフト手段１３は、入力された位相回転後の複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを得る。逆フーリエ変換手段１４は、直並変換手段１１から出力された並列データと第１の時間軸シフト手段１３から出力された時間軸シフトデータとを入力とし、当該入力信号を逆フーリエ変換し、得られた逆フーリエ変換信号を出力する。

ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号の行列の一番右（又は一番左）から所定の列数のすべての要素を複製し、複製した要素を逆フーリエ変換信号に左（又は右）から列方向に連結することにより、ガードインターバル（ＧＩ）を挿入し、ＧＩ挿入信号を得る。並直変換手段１６は、ＧＩ挿入信号として入力された行列を直列データに変換し、得られた送信信号Ｂを出力する。

シフト量制御手段１７は、第１の時間軸シフト手段１３によるシフト量を制御する。即ち、シフト量制御手段１７は、入力された付与統計量Ｃの情報に従って、第１の時間軸シフト手段１３によるシフト量を計算し、当該計算結果を第１の時間軸シフト手段１３へ出力する。これにより、第１の時間軸シフト手段１３は、上記計算結果に対応したシフト量だけ複製データを時間軸に沿ってシフトさせる動作を行う。この一連の動作は、シフト量制御ステップに相当する。

続いて、第２実施形態の信号生成装置１における信号生成処理について説明する。図６には、信号生成装置１における信号生成処理に関する手順を示す。

本実施形態に係る信号生成処理において、信号に周期定常性の特徴を付与するにあたって、まず信号生成装置１の変調手段１０が、送信データＡを変調し変調データを取得する（図６のステップＳ２１：変調ステップ）。変調データは直並変換手段１１へ直列で入力される。直並変換手段１１は、直列で入力された変調データを並列に変換し、並列データを取得する（ステップＳ２２：直並変換ステップ）。取得された並列データは、複製手段１２へ入力されるとともに、複製手段１２経由で逆フーリエ変換手段１４へ入力される。複製手段１２は、入力された並列データの一部又は全部の列のデータを複製し、複製データを取得する（ステップＳ２３：複製ステップ）。取得された複製データは位相回転手段１３へ入力される。

位相回転手段１３は、複製データの信号の位相を所定の角速度で位相回転させ、位相回転データを取得する（ステップＳ２４：位相回転ステップ）。取得された位相回転データは第１の時間軸シフト手段１３へ入力される。第１の時間軸シフト手段１３は、入力された位相回転データ（即ち、位相回転後の複製データ）を時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを取得する（ステップＳ２５：第１の時間軸シフトステップ）。取得された時間軸シフトデータは逆フーリエ変換手段１４へ入力される。逆フーリエ変換手段１４は、入力された並列データ及び時間軸シフトデータを高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、逆フーリエ変換信号を取得する（ステップＳ２６：逆フーリエ変換ステップ）。取得された逆フーリエ変換信号は、ＧＩ挿入手段１５へ入力される。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号にＧＩ（ガードインターバル）を挿入し、ＧＩ挿入信号を取得する（ステップＳ２７）。取得されたＧＩ挿入信号は並直変換手段１６へ並列で入力される。並直変換手段１６は、並列で入力されたＧＩ挿入信号を直列へ変換し、時間領域信号である送信信号Ｂを取得し出力する（ステップＳ２８）。以上で、信号生成処理を終了する。

続いて、第２実施形態の効果について説明する。上記の信号生成処理により、２次の周期定常性の特徴を有する信号を生成することができる。前述したように、本発明は、２次の周期定常性に関連する統計量（ＳＣＤ、ＣＡＦ）のうち、ＣＡＦに着目し、多数のＣＡＦピークパターンを出現させることで、多彩な２次の周期定常性の特徴を付与する。

即ち、第２実施形態の信号生成処理によって、前述した信号ｘ［ｉ］のＣＡＦを表す式（１）におけるαが（複製元と複製先の周波数間隔＋位相回転速度に応じた周波数シフト量）に等しく、且つ、νが、シフトしたシンボル時間に応じた時間シフト量に等しい場合に、ＣＡＦピークパターンが出現することとなる。これにより、時間シフト量に加え、信号点の位相を回転させる回転速度に応じた周波数シフト量をさらなる変動要因として、より多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る信号生成装置の構成について説明する。図７は、第３実施形態に係る信号生成装置１の機能的構成を表すブロック図である。この図７に示すように、信号生成装置１は、変調手段１０と、直並変換手段１１と、複製手段１２と、逆フーリエ変換手段１４Ａ、１４Ｂと、ＧＩ挿入手段１５と、並直変換手段１６と、シフト量制御手段１７と、ゼロパディング手段２０と、第２の時間軸シフト手段２１とを備えている。

以下、図７を用いて、各機能要素について詳細に説明する。

変調手段１０は、送信データＡを変調し、変調データを得る。ここでの変調とは、例えば位相変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等）、振幅変調（ＰＡＭ等）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等の変調方式に従って、送信データを同相成分及び直交成分から成る信号空間上へマッピングする手法を言う。直並変換手段１１は、変調手段１０により得られ直列に出力された変調データを、並列に変換することにより、並列データを生成する。複製手段１２は、並列データとして与えられた行列の一部又は全部の列のデータを選択し、選択された並列データを複製し、複製データを得る。

逆フーリエ変換手段１４Ａ、１４Ｂは、直並変換手段１１から出力された並列データと第１の時間軸シフト手段１３から出力された時間軸シフトデータとを入力とし、当該入力信号を逆フーリエ変換し、得られた逆フーリエ変換信号を出力する。ゼロパディング手段２０は、逆フーリエ変換手段１４Ａ、１４Ｂでの逆フーリエ変換の対象となる入力信号（並列データと時間軸シフトデータ）に対しゼロを埋める処理を行う。

ここでは、一例として、複製手段１２から逆フーリエ変換手段１４Ｂへは、選択された並列データ（ここでは、並列データとして与えられた行列における選択された列のデータ）の複製データが入力され、ゼロパディング手段２０から逆フーリエ変換手段１４Ｂへは、複製手段１２で選択されなかった列に対しゼロが埋められたデータが入力され、そして、逆フーリエ変換手段１４Ｂは、選択された列の複製データおよびゼロが埋められた列（選択されなかった列）のデータから成る入力信号（即ち、ゼロパディングされた複製データ）を逆フーリエ変換する。

一方、複製手段１２から逆フーリエ変換手段１４Ａへは、複製手段１２で複製対象として選択されなかった並列データ（ここでは、並列データとして与えられた行列における選択されなかった列のデータ）が入力され、ゼロパディング手段２０から逆フーリエ変換手段１４Ａへは、複製手段１２で選択された列に対しゼロが埋められたデータが入力され、そして、逆フーリエ変換手段１４Ａは、選択されなかった列の並列データおよびゼロが埋められた列（選択された列）のデータから成る入力信号（即ち、ゼロパディングされた並列データ）を逆フーリエ変換する。なお、別の例として、複製手段１２から逆フーリエ変換手段１４Ａへは、全ての列の並列データが入力され、逆フーリエ変換手段１４Ａにおいて、全ての列の並列データのうち、複製手段１２で選択された列のデータだけゼロに置換することで、上記と同様のゼロパディングされた並列データを形成し、当該ゼロパディングされた並列データを逆フーリエ変換してもよい。

第２の時間軸シフト手段２１は、逆フーリエ変換手段１４Ｂから出力された逆フーリエ変換信号を時間軸に沿ってシフトさせる。具体的には、第２の時間軸シフト手段２１は、逆フーリエ変換信号のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを取得する。

シフト量制御手段１７は、第２の時間軸シフト手段２１によるシフト量を制御する。即ち、シフト量制御手段１７は、入力された付与統計量Ｃの情報に従って、第２の時間軸シフト手段２１によるシフト量を計算し、当該計算結果を第２の時間軸シフト手段２１へ出力する。これにより、第２の時間軸シフト手段２１は、上記計算結果に対応したシフト量だけ、逆フーリエ変換手段１４Ｂからの逆フーリエ変換信号を時間軸に沿ってシフトさせる動作を行う。

ただし、信号生成装置１にシフト量制御手段１７を設けることは必須ではない。例えば、信号生成装置１にシフト量制御手段１７を設けず、第２の時間軸シフト手段２１が、事前に定めた付与統計量に応じたシフト量を予め記憶しておき、かかるシフト量に基づいて時間軸に沿ったシフトを実行してもよい。

合成手段２２は、逆フーリエ変換手段１４Ａから出力された逆フーリエ変換信号と、第２の時間軸シフト手段２１によるシフト実行後の逆フーリエ変換信号とを合成する。ＧＩ挿入手段１５は、逆フーリエ変換信号の行列の一番右（又は一番左）から所定の列数のすべての要素を複製し、複製した要素を逆フーリエ変換信号に左（又は右）から列方向に連結することにより、ガードインターバル（ＧＩ）を挿入し、ＧＩ挿入信号を得る。並直変換手段１６は、ＧＩ挿入信号として入力された行列を直列データに変換し、得られた送信信号Ｂを出力する。

続いて、第３実施形態の信号生成装置１による信号生成処理について説明する。図８には、信号生成装置１における信号生成処理に関する手順を示す。

本実施形態に係る信号生成処理において、信号に周期定常性の特徴を付与するにあたって、まず信号生成装置１の変調手段１０が、送信データＡを変調し変調データを取得する（図８のステップＳ３１：変調ステップ）。変調データは直並変換手段１１へ直列で入力される。直並変換手段１１は、直列で入力された変調データを並列に変換し、並列データを取得する（ステップＳ３２：直並変換ステップ）。取得された並列データは、複製手段１２へ入力されるとともに、複製手段１２経由で逆フーリエ変換手段１４へ入力される。複製手段１２は、並列データとして与えられた行列の一部又は全部の列のデータを選択し、選択された並列データを複製し、複製データを取得する（ステップＳ３３：複製ステップ）。

ここで、複製手段１２から逆フーリエ変換手段１４Ｂへは、選択された並列データ（ここでは、並列データとして与えられた行列における選択された列のデータ）の複製データが入力され、ゼロパディング手段２０から逆フーリエ変換手段１４Ｂへは、複製手段１２で選択されなかった並列データ（ここでは、選択されなかった列のデータ）に対しゼロが埋められた列のデータが入力され、そして、逆フーリエ変換手段１４Ｂは、選択された列の複製データおよびゼロが埋められた列（選択されなかった列）のデータから成る入力信号（即ち、ゼロパディングされた複製データ）を逆フーリエ変換する（ステップＳ３４：逆フーリエ変換ステップ）。

また、ステップＳ３４では、複製手段１２から逆フーリエ変換手段１４Ａへは、複製手段１２で複製対象として選択されなかった並列データ（ここでは、並列データとして与えられた行列における選択されなかった列のデータ）が入力され、ゼロパディング手段２０から逆フーリエ変換手段１４Ａへは、複製手段１２で選択された並列データ（ここでは、選択された列のデータ）に対しゼロが埋められた列のデータが入力され、そして、逆フーリエ変換手段１４Ａは、選択されなかった列の並列データおよびゼロが埋められた列（選択された列）のデータから成る入力信号（即ち、ゼロパディングされた並列データ）を逆フーリエ変換する。

そして、第２の時間軸シフト手段２１は、逆フーリエ変換信号のサンプルを巡回シフトさせ、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータ（即ち、シフト実行後の逆フーリエ変換信号）を取得する（ステップＳ３５：第２の時間軸シフトステップ）。

さらに、合成手段２２は、逆フーリエ変換手段１４Ａから出力された逆フーリエ変換信号と、第２の時間軸シフト手段２１によるシフト実行後の逆フーリエ変換信号とを合成し、合成信号を取得する（ステップＳ３６：合成ステップ）。取得された合成信号は、ＧＩ挿入手段１５へ入力される。

ＧＩ挿入手段１５は、合成信号にＧＩ（ガードインターバル）を挿入し、ＧＩ挿入信号を取得する（ステップＳ３７）。取得されたＧＩ挿入信号は並直変換手段１６へ並列で入力される。並直変換手段１６は、並列で入力されたＧＩ挿入信号を直列へ変換し、時間領域信号である送信信号Ｂを取得し出力する（ステップＳ３８）。以上で、信号生成処理を終了する。

続いて、第３実施形態の効果について説明する。上記の信号生成処理により、前述した信号ｘ［ｉ］のＣＡＦを表す式（１）におけるαが複製元と複製先の周波数間隔に等しく、且つ、νが、シフトしたサンプル数に応じた時間シフト量に等しい場合に、ＣＡＦピークパターンが出現することとなる。前述した第１、第２実施形態では時間シフト量はシンボル単位で変動したのに対し、第３実施形態では時間シフト量をサンプル単位で変動させることができ、より多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。

本願発明者は、「逆フーリエ変換後の信号のサンプルを巡回シフトさせること」は「周波数軸上でのシンボルの位相回転」に対応するという点に思い至った。例えば、サブキャリア数Ｎのとき、時間シフトするサンプル数をｉとすると、サンプル数ｉの時間シフトと等価になるように第ｍ番目のサブキャリアへ与えるべき位相回転量は、以下の式（２）で表される。
第ｍ番目のサブキャリアへ与えるべき位相回転量
＝ｅｘｐ（−ｊ２πｉｍ／Ｎ） ・・・（２）
そして、本願発明者は、上記の知見に基づいて、サンプル単位の時間軸に沿ったシフトを実現する構成として、以下の第４実施形態を考え付いた。

第４実施形態に係る信号生成装置の構成は、前述した図１の構成と同様であるが、第１の時間軸シフト手段１３により実行される処理が第１実施形態とは異なる。即ち、第４実施形態における第１の時間軸シフト手段１３は、複製手段１２により複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、複製データをサンプル単位で時間軸に沿ってシフトさせる。

また、第４実施形態に係る信号生成処理は、前述した図２の手順と同様であるが、図２のステップＳ１４（第１の時間軸シフトステップ）における処理内容が、図９に示すように第１実施形態とは異なる。即ち、第１の時間軸シフト手段１３は、複製手段１２により複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加え（図９のステップＳ４１）、それにより、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを取得する（ステップＳ４２）。

このように複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを取得することができ、さらに多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。

なお、上記の第１〜第４実施形態では、直並変換手段により取得された並列データを逆フーリエ変換手段に入力するＯＦＤＭ方式についての例が示されているが、本発明は、逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置全般に適用可能であり、ＯＦＤＭ方式を採用する信号生成装置に限定されるものではない。例えば、本発明は、ＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリアＦＤＭＡ）方式を採用する信号生成装置にも適用することができる。

また、上記の第２実施形態は、第１実施形態（シンボル時間単位での時間シフト）において、さらに各サブキャリアへ共通の位相回転を加えることによる周波数方向へのＣＡＦピーク位置シフトを適用した例に相当する。このように時間シフトに、さらに周波数方向へのＣＡＦピーク位置シフトのための位相回転を加えることは非常に有効であり、第３及び第４実施形態（サンプル単位の時間シフト）において、さらに各サブキャリアへ共通の位相回転を加えることによる周波数方向へのＣＡＦピーク位置シフトを適用してもよく、極めて多彩な周期定常性の特徴を付与することができる。なお、この場合、第４実施形態への適用例は、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることでサンプル単位の時間シフトを実現するとともに、各サブキャリアへ共通の位相回転を加えることで周波数方向へのＣＡＦピーク位置シフトを実現する例となる。

ところで、前述した第１〜第４実施形態に係る信号生成装置１は、ハードウェア構成としては、データを記憶可能なコンピュータシステムまたはその他の任意のデバイスにより構成することができる。例えば、図１０に示すように、信号生成装置１は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムなどを実行するＣＰＵ３１と、ＲＯＭ及びＲＡＭで構成される主記憶部３２と、不揮発性メモリなどで構成される補助記憶部３３と、外部とのデータ入出力を制御する入出力制御部３４と、モニタなどで構成される表示部３５と、文字・数字入力及び実行指示を行うキーで構成される操作部３６とを備えた構成とすることができる。

１…信号生成装置、１０…変調手段、１１…直並変換手段、１２…複製手段、１３…第１の時間軸シフト手段、１４、１４Ａ、１４Ｂ…逆フーリエ変換手段、１５…ＧＩ挿入手段、１６…並直変換手段、１７…シフト量制御手段、１８…回転速度制御手段、１９…位相回転手段、２０…ゼロパディング手段、２１…第２の時間軸シフト手段、３１…ＣＰＵ、３２…主記憶部、３３…補助記憶部、３４…入出力制御部、３５…表示部、３６…操作部。

Claims (10)

1. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、
   送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、
   前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、
   入力された複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを得る第１の時間軸シフト手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記第１の時間軸シフト手段により得られた前記時間軸シフトデータとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
   を具備する信号生成装置。
2. 前記第１の時間軸シフト手段によるシフト量を制御するシフト量制御手段、
   をさらに具備する請求項１に記載の信号生成装置。
3. 前記複製手段により複製された複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相が回転した複製データを前記第１の時間軸シフト手段へ出力する位相回転手段と、
   前記位相回転手段により前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御手段と、
   をさらに具備する請求項１又は２に記載の信号生成装置。
4. 前記第１の時間軸シフト手段は、
   前記複製手段により複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、前記複製データをサンプル単位で時間軸に沿ってシフトさせる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の信号生成装置。
5. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置であって、
   送信データを変調し、変調データを得る変調手段と、
   前記変調手段から直列で入力された前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製手段と、
   前記直並変換手段により得られた前記並列データと前記複製手段により得られた前記複製データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
   前記複製データの逆フーリエ変換後のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを得る第２の時間軸シフト手段と、
   前記並列データの逆フーリエ変換後のデータと前記時間軸シフトデータとを合成する合成手段と、
   を具備する信号生成装置。
6. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、
   送信データを変調し、変調データを得る変調ステップと、
   前記変調ステップにより得られた前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換ステップと、
   前記直並変換ステップにより得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製ステップと、
   入力された複製データを時間軸に沿ってシフトさせて、時間軸シフトデータを得る第１の時間軸シフトステップと、
   前記直並変換ステップにより得られた前記並列データと前記第１の時間軸シフトステップにより得られた前記時間軸シフトデータとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換ステップと、
   を具備する信号生成方法。
7. 前記第１の時間軸シフトステップにおけるシフト量を制御するシフト量制御ステップ、
   をさらに具備する請求項６に記載の信号生成方法。
8. 前記複製ステップにより複製された複製データについて、信号点の位相を所定速度で回転させ、位相が回転した複製データを前記第１の時間軸シフトステップへ出力する位相回転ステップと、
   前記位相回転ステップにより前記信号点の位相を回転させる回転速度を制御する回転速度制御ステップと、
   をさらに具備する請求項６又は７に記載の信号生成方法。
9. 前記第１の時間軸シフトステップでは、前記信号生成装置は、
   前記複製ステップにより複製された複製データについて、同一シンボル内の各サブキャリアで送信する情報シンボルに対し、サブキャリアごとに異なる位相回転を加えることで、前記複製データをサンプル単位で時間軸に沿ってシフトさせる、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の信号生成方法。
10. 逆フーリエ変換を用いた伝送方式を採用する信号生成装置により実行される信号生成方法であって、
    送信データを変調し、変調データを得る変調ステップと、
    前記変調ステップにより得られた前記変調データを、逆フーリエ変換のサイズより小さい所定サイズの並列データに変換する直並変換ステップと、
    前記直並変換ステップにより得られた前記並列データの一部又は全部を選択して複製し、複製データを得る複製ステップと、
    前記直並変換ステップにより得られた前記並列データと前記複製ステップにより得られた前記複製データとを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換ステップと、
    前記複製データの逆フーリエ変換後のサンプルを巡回シフトさせることで、サンプル単位で時間軸に沿ってシフトした時間軸シフトデータを得る第２の時間軸シフトステップと、
    前記並列データの逆フーリエ変換後のデータと前記時間軸シフトデータとを合成する合成ステップと、
    を具備する信号生成方法。

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