JP5741404B2 - 通信機および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信機および通信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の通信では、入力信号をサブキャリア変調し、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）を行い、ベースバンド信号を生成する。そのため、サブキャリアの数が増え、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）サイズが大きくなると、大きなピークを持つベースバンド信号が生成され、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が高くなるという性質を持っている。ＰＡＰＲが高くなると、信号を歪みなく伝送するために広範囲において線形性を有する増幅器が必要となる。そこでＰＡＰＲを低減するための技術が開発されている。

特許文献１では、ＰＡＰＲを低減するため、ＩＦＦＴを行う前に逐次決定法により算出した最適位相に基づきサブキャリア変調信号の位相を制御する。

特開２００６−１６５７８１号公報

ＯＦＤＭ方式の通信では、ＰＡＰＲを低減することが課題となっている。特許文献１では、ＰＡＰＲを低減する最適位相を算出するために繰り返し計算処理を行い、サブキャリアごとに位相を制御する必要がある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲの最大値を低減し、さらにＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第１データを生成する第１ＩＦＦＴ手段と、
任意の複素数に基づき、所定の挿入用データを生成し、前記サブキャリア変調信号の任意の位置に前記挿入用データを挿入する挿入手段と、
前記挿入用データを挿入した前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第２データを生成する第２ＩＦＦＴ手段と、
前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを減算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果および前記第１データのそれぞれからベースバンド信号を生成し、前記ベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出する合成手段と、
前記挿入手段で用いた前記複素数の値を変えて、前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を繰り返して生成した前記ベースバンド信号の内、送信信号を決めるための所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を選択する判定手段と、
前記判定手段で選択した前記ベースバンド信号から送信信号を生成し、送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記挿入手段は、前記複素数の実部に前記複素数を加算したデータと、前記複素数の虚部に前記複素数を加算したデータとを、前記サブキャリア変調信号の最後尾に順に追加し、
前記演算手段は、前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数である前記列ベクトルを減算し、
前記判定手段は、所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、または所定の複素数について前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を行うまで、前記複素数の値を変えて、前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を繰り返す。

本発明の第２の観点に係る通信機は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
前記ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する直並列変換手段と、
前記並列信号の高速フーリエ変換を行い、第３データを生成するＦＦＴ手段と、
前記第３データの所定の位置の要素に基づき、所定の複素数を生成する抽出手段と、
前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出手段で生成した前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを加算する逆演算手段と、
前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行い、前記所定の位置の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記抽出手段は、前記第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、前記第３データの最後尾の要素を虚部とする前記複素数を生成し、
前記逆演算手段は、前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出手段で生成した前記複素数である前記列ベクトルを加算し、
前記分解手段は、前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行って生成したデータの最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いて前記サブキャリア変調信号を生成する。

本発明の第３の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第１データを生成する第１ＩＦＦＴステップと、
任意の複素数に基づき、所定の挿入用データを生成し、前記サブキャリア変調信号の任意の位置に前記挿入用データを挿入する挿入ステップと、
前記挿入用データを挿入した前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第２データを生成する第２ＩＦＦＴステップと、
前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを減算する演算ステップと、
前記演算ステップの演算結果および前記第１データのそれぞれからベースバンド信号を生成し、前記ベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出する合成ステップと、
前記挿入ステップで用いた前記複素数の値を変えて、前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を繰り返して生成した前記ベースバンド信号の内、送信信号を決めるための所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を選択する判定ステップと、
前記判定ステップで選択した前期ベースバンド信号から送信信号を生成し、送信する送信ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記挿入ステップにおいて、前記複素数の実部に前記複素数を加算したデータと、前記複素数の虚部に前記複素数を加算したデータとを、前記サブキャリア変調信号の最後尾に順に追加し、
前記演算ステップにおいて、前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入ステップで用いた前記複素数である前記列ベクトルを減算し、
前記判定ステップにおいて、所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、または所定の複素数について前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を行うまで、前記複素数の値を変えて、前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を繰り返す。

本発明の第４の観点に係る通信方法は、
直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
前記ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する直並列変換ステップと、
前記並列信号の高速フーリエ変換を行い、第３データを生成するＦＦＴステップと、
前記第３データの所定の位置の要素に基づき、所定の複素数を生成する抽出ステップと、
前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出ステップで生成した前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを加算する逆演算ステップと、
前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行い、前記所定の位置の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記抽出ステップにおいて、前記第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、前記第３データの最後尾の要素を虚部とする前記複素数を生成し、
前記逆演算ステップにおいて、前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出ステップで生成した前記複素数である前記列ベクトルを加算し、
前記分解ステップにおいて、前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行って生成したデータの最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いて前記サブキャリア変調信号を生成する。

本発明によれば、ＯＦＤＭ方式の通信において、ＰＡＰＲの最大値を低減し、さらにＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。 同一信号でシミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。 ベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。 全パターンの入力信号を用いてシミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。以下の説明において、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation：逆高速フーリエ変換）は、ＩＦＦＴとＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transformation：逆離散フーリエ変換）を含む概念とする。したがって本発明の実施の形態においては、ＩＦＦＴの代わりに、ＩＤＦＴを行うよう構成してもよい。同様にＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）は、ＦＦＴとＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation：離散フーリエ変換）を含む概念とする。またＩＤＦＴおよびＤＦＴを行う場合は、以下の説明におけるＦＦＴサイズとは、ＤＦＴのサイズを意味する。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信機の構成例を示すブロック図である。通信機１は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式の無線通信により他の機器と通信を行う。通信機１は、アンテナ１０、変調部１１、直並列変換部１２、挿入部１３、データ生成部１４、ＩＦＦＴ部１５、演算部１６、判定部１７、送信部１８、およびコントローラ２０を備える。

コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、およびＲＯＭ（Read-Only Memory）２４を備える。複雑化を避け、理解を容易にするために、コントローラ２０から各部への信号線が省略されているが、コントローラ２０は通信機１の各部にＩ／Ｏ（Input／Output）２２を介して接続しており、それらの処理の開始、終了、処理内容の制御を行う。

ＲＡＭ２３には、例えば送信フレームを生成するためのデータが記憶されている。ＲＯＭ２４は、コントローラ２０が通信機１の動作を制御するための制御プログラムを格納する。コントローラ２０は、制御プログラムに基づいて、通信機１を制御する。

図２は、実施の形態に係る通信機の異なる構成例を示すブロック図である。上述の通信機１に受信機能をもたせるため、図２に示す通信機１はさらに復調部３１、並直列変換部３２、ＦＦＴ部３３、３６、逆演算部３４、抽出部３５、受信部３７、および送受信切替部３８を備える。送信機能および受信機能を備える図２に示す通信機１を用いて、通信機１が行う通信方法について以下に説明する。

変調部１１は、入力信号を所定の変調方式で変調し、変調信号を生成し、直並列変換部１２に送る。変調方式として、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying：四位相偏移変調）を用いる。直並列変換部１２は、変調信号を直並列変換して並列信号を生成し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する。そして、サブキャリア変調信号を挿入部１３およびＩＦＦＴ部１５に送る。

データ生成部１４は、１つ以上の任意の数の任意の複素数を予め用意する。データ生成部１４は、任意の複素数の中から１の複素数を選択し、該複素数に基づき、所定の挿入用データを生成する。データ生成部１４は、例えば該複素数の実部に該複素数を加算したデータと、該複素数の虚部に該複素数を加算したデータとを挿入用データとして生成し、挿入部１３に送る。挿入用データの数は２つに限られず、任意である。またデータ生成部１４は、一行目の要素の値が該複素数に列ベクトルを生成するための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素が０である列ベクトルを生成する。データ生成部１４は、例えば一行目の要素の値が該複素数である列ベクトルを生成し、演算部１６に送る。列ベクトルの行数は挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号をＩＦＦＴする際のＦＦＴサイズに一致する。

挿入部１３は、サブキャリア変調信号の任意の位置に挿入用データを挿入する。例えば、下記（１）式で表されるサブキャリア変調信号ｄに、挿入用データを挿入した結果ｓ_ｉは下記（２）式で表される。下記（２）式中のｚ_ｉはデータ生成部１４で選択した複素数である。挿入部１３は、例えばｚ_ｉの実部Ｒｅ（ｚ_ｉ）にｚ_ｉを加算したデータと、ｚ_ｉの虚部Ｉｍ（ｚ_ｉ）にｚ_ｉを加算したデータとをサブキャリア変調信号ｄの最後尾に順に追加する。挿入部１３は、挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号ｓ_ｉをＩＦＦＴ部１５に送る。

ＩＦＦＴ部１５は、サブキャリア変調信号ｄおよび挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号ｓ_ｉのＩＦＦＴをそれぞれ行い、第１データおよび第２データを生成して演算部１６に送る。

演算部１６は、第２データから列ベクトルを減算したデータおよび第１データのそれぞれからベースバンド信号を生成する。そして、生成したベースバンド信号をそれぞれ判定部１７に送る。挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号ｓ_ｉのＩＦＦＴを行って生成した第２データをｕ_ｉとすると、演算結果ｕ’_ｉは例えば下記（３）式で表される。

判定部１７は、送られたベースバンド信号のＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）を算出する。そして、判定部１７は、ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する。例えばＰＡＰＲが所定の値以下であるベースバンド信号は所定の基準に合致すると判定し、所定の値より大きければ所定の基準に合致しないと判定する。

所定の基準に合致するベースバンド信号がない場合には、判定部１７は、データ生成部１４に生成指示を送る。データ生成部１４は、異なる複素数に基づき新たに挿入用データを生成し、挿入部１３に送る。またデータ生成部１４は、新たに一行目の要素の値が該複素数である列ベクトルを生成し、演算部１６に送る。挿入部１３は、サブキャリア変調信号に挿入用データを挿入し、ＩＦＦＴ部１５に送る。ＩＦＦＴ部１５は、挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、新たに第２データを生成して演算部１６に送る。演算部１６は、第２データから列ベクトルを減算したデータからベースバンド信号を生成し、判定部１７に送る。

判定部１７は、上述のように送られたそれぞれのベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する。そして、ＰＡＰＲが所定の基準に合致するベースバンド信号を検出するまで、または所定の複素数、例えば用意した全ての複素数について上述の処理を行うまで、上述の生成指示の送信からＰＡＰＲの判定までの処理を繰り返し行う。なおデータ生成部１４が新たな挿入用データおよび列ベクトルを生成しても、第１データについては変化がないので、第１データからベースバンド信号を生成する処理については繰り返し行わないこととする。

所定の基準に合致するベースバンド信号を検出した場合、または所定の複素数について上述の処理を行った場合には、判定部１７は、送信信号を決めるための所定の基準に合致するベースバンド信号を選択し、送信部１８に送る。判定部１７は、上述の所定の基準に合致するベースバンド信号が１つであれば、そのベースバンド信号を送信部１８に送る。また上述の所定の基準に合致するベースバンド信号が複数ある場合には、例えば送信信号を決めるための所定の基準として、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を検出するという基準を設け、上述の所定の基準に合致するベースバンド信号の内、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択し、送信部１８に送る。

また所定の複素数について上述の処理を行った場合には、例えば送信信号を決めるための所定の基準として、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択するという基準を設け、ベースバンド信号の内、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択し、送信部１８に送る。

なお上述の生成指示の送信からＰＡＰＲの判定までの処理を繰り返し行うか否かの判定は、上述の記載の方法に限られない。例えば所定の回数以上、上述の処理を繰り返し行った場合は、生成したベースバンド信号の内、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択し、送信部１８に送るよう構成してもよい。

判定部１７は、上述のように演算部１６からベースバンド信号が送られるたびにＰＡＰＲを算出して、所定の基準に合致するか否かを判定しなくてもよい。例えば、用意した全ての複素数について上述の処理を行った後に、全てのベースバンド信号のＰＡＰＲを算出して、最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択し、送信部１８に送るよう構成してもよい。

判定部１７は、複数のベースバンド信号から最もＰＡＰＲの小さいベースバンド信号を選択して送信信号とすることができるため、ＰＡＰＲの低減が可能となる。

送信部１８は、ベースバンド信号から送信信号を生成し、送受信切替部３８およびアンテナ１０を介して他の機器に送信信号を送信する。

図３は、実施の形態に係る通信機が行う送信制御の動作の一例を示すフローチャートである。変調部１１は入力信号を所定の変調方式で変調して変調信号を生成し、直並列変換部１２は変調信号を直並列変換をし、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する（ステップＳ１１０）。ＩＦＦＴ部１５は、サブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、第１データを生成する（ステップＳ１２０）。

まだ用意した全ての複素数について処理を行っていないので（ステップＳ１３０：ＮＯ）、データ生成部１４は、任意の複素数の内、１の複素数に基づき、該複素数の実部に該複素数を加算したデータと、該複素数の虚部に該複素数を加算したデータとを挿入用データとして生成し、一行目の要素の値が該複素数であって、一行目以外の要素が０である列ベクトルを生成する（ステップＳ１４０）。

挿入部１３は、サブキャリア変調信号の最後尾に挿入用データを追加する（ステップＳ１５０）。ＩＦＦＴ部１５は、挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号のＩＦＦＴを行い、第２データを生成する（ステップＳ１６０）。演算部１６は、第２データから列ベクトルを減算する。演算部１６は、演算結果および第１データからベースバンド信号を生成する（ステップＳ１７０）。

判定部１７は、ベースバンド信号のＰＡＰＲを算出し、ベースバンド信号のＰＡＰＲが所定の基準に合致するか否かを判定する（ステップＳ１８０）。所定の基準に合致するベースバンド信号がない場合は（ステップＳ１９０：ＮＯ）、ステップＳ１３０に戻り、上述の処理を繰り返す。上述の処理を繰り返した結果、用意した全ての複素数について上述の処理を行った場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ２００に進む。また所定の基準に合致するベースバンド信号がある場合も（ステップＳ１９０：ＹＥＳ）、ステップＳ２００に進む。判定部１７は送信信号を決めるための所定の基準に合致するベースバンド信号を選択し、送信部１８は該ベースバンド信号から送信信号を生成して、他の機器に送信する（ステップＳ２００）。

受信側での処理を以下に説明する。受信部３７は、アンテナ１０および送受信切替部３８を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成する。そして、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成し、逆演算部３４およびＦＦＴ部３６に送る。ここで送信側で上記（３）式で表される演算結果ｕ’_ｉから生成したベースバンド信号から送信信号を生成したとすると、並列信号は、ｕ’_ｉに一致する。

ＦＦＴ部３６は、並列信号ｕ’_ｉのＦＦＴを行い、第３データを生成して抽出部３５に送る。並列信号ｕ’_ｉのＦＦＴを行った生成した第３データｒは、下記（４）式で表される。下記（４）式を変形して、下記（５）式が導き出される。

ここで、下記（６）式のようにｄ’_ｋを定義すると、上記（５）式から下記（７）式が導き出される。

抽出部３５は、第３データの所定の位置の要素に基づき、所定の複素数を生成する。所定の位置の要素とは、送信側で挿入用データを挿入した位置の要素であり、所定の複素数とは送信側で用いた複素数と同じものである。受信側は、予め送信側で挿入用データを挿入する位置についての情報および所定の位置の要素から所定の複素数を生成するための情報を保持しているものとする。抽出部３５は、例えば上記（７）式で表される第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、第３データの最後尾の要素を虚部とする複素数を生成し、送信側で用いた複素数に一致するｚ_ｉを生成する。

抽出部３５は、一行目の要素の値が生成した複素数ｚ_ｉに列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを生成する。所定の演算とは、送信側のデータ生成部１４で列ベクトルを生成するのに行った演算と同じ演算である。すなわち、抽出部３５は、データ生成部１４が生成した列ベクトルと同じ列ベクトルを生成する。抽出部３５は、生成した列ベクトルを逆演算部３４に送る。

逆演算部３４は、並列信号に列ベクトルを加算し、演算結果をＦＦＴ部３３に送る。逆演算部３４が行う演算は、送信側で行った演算と逆の演算である。演算部１６で第２データから列ベクトルを減算したのに対し、逆演算部３４は並列信号に列ベクトルを加算する。ＦＦＴ部３３は、演算結果のＦＦＴを行う。ＦＦＴを行った結果ｒ’は、例えば下記（８）式で表される。

ここで上記（２）、（３）式より、下記（９）式が導き出される。下記（９）式を変形して、下記（１０）式が導き出さる。したがって、ＦＦＴを行った結果ｒ’は挿入用データを挿入したサブキャリア変調信号ｓ_ｉに一致する。

ＦＦＴ部３３は、所定の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する。所定の要素とは、送信側で挿入用データを挿入した位置の要素である。ＦＦＴ部３３は、例えばＦＦＴを行った結果の最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する。

ＦＦＴ部３３は、サブキャリア変調信号を並直列変換部３２に送る。並直列変換部３２は、サブキャリア変調信号ｄを並直列変換し、直列信号を生成して復調部３１に送る。復調部３１は、直列信号を所定の復調方式で復調する。例えば、復調部３１は直列信号のＱＰＳＫ復調を行う。これにより変調部１１で変調した入力信号を復調部３１で復調して出力することができる。

図４は、実施の形態に係る通信機が行う受信制御の動作の一例を示すフローチャートである。受信部３８は、アンテナ１０および送受信切替部３８を介して送信信号を受信し、ベースバンド信号を生成する（ステップＳ３１０）。そして、ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する（ステップＳ３２０）。ＦＦＴ部３６は、並列信号のＦＦＴを行い、第３データを生成する（ステップＳ３３０）。

抽出部３５は、第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、第３データの最後尾の要素を虚部とする複素数を生成する。そして、一行目の要素の値が該複素数であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを生成する（ステップＳ３４０）。

逆演算部３４は、並列信号に列ベクトルを加算する（ステップＳ３５０）。ＦＦＴ部３３は、演算結果のＦＦＴを行い、最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いて、サブキャリア変調信号を生成する（ステップＳ３６０）。並直列変換部３２はサブキャリア変調信号を並直列変換し、復調部３１は直列信号を所定の復調方式で復調する（ステップＳ３７０）。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態に係る通信機１によれば、ＯＦＤＭ通信方式において、サブキャリアごとに位相制御するといった処理が不要であり、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化することが可能となる。任意の複素数に基づきサブキャリア変調信号に所定の演算を施してＰＡＰＲを低減させ、該複素数をサブキャリア変調信号に挿入して送信するため、別回線で受信側に該複素数の情報を送信する必要がない。また後述するように、ＰＡＰＲの最大値を低減することが可能となる。

（具体例）
次に、シミュレーションにより本実施の形態に係る発明の効果を説明する。ＯＦＤＭ通信方式においては、入力信号が例えば全て０もしくは１であるデータまたは１０もしくは０１が交互に繰り返されるデータのように、データシンボルが同一である同一信号の場合に、各サブキャリア変調信号の位相が一致するため、ベースバンド信号のＰＡＰＲが最大となる。本実施の形態に係る通信機１によれば、ＰＡＰＲの最大値を低減し、増幅器において線形性が求められる範囲を狭めることができる。

同一信号である入力信号が全て１であるデータについて、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲを算出するシミュレーションを行った。変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８と変化させてＰＡＰＲ特性を比較した。従来技術とは、演算部１４において上述のような演算を加えずにサブキャリア変調信号からベースバンド信号を生成する方法である。

本実施の形態についてのシミュレーションにおいては、０から１＋ｊまでの範囲で、０．００１ずつ実部および虚部の値を変えた複素数を用意した。データ生成部で該複素数の実部に該複素数を加算したデータと、該複素数の虚部に該複素数を加算したデータを挿入用データとして生成し、一行目の要素が該複素数である列ベクトルを生成し、挿入部１３でサブキャリア変調信号の最後尾に挿入用データを挿入した。そして演算部１４において第２データから列ベクトルを減算した。

図５は、同一信号でシミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。横軸がＦＦＴサイズであり、縦軸がＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）である。従来技術のＰＡＰＲはプロット点を四角で表した実線のグラフであり、本実施の形態のＰＡＰＲはプロット点を三角で表した点線のグラフである。ＦＦＴサイズが４である場合に、従来技術のＰＡＰＲは６．０２ｄＢであるのに対し、本実施の形態のＰＡＰＲは１．２５ｄＢである。またＦＦＴサイズが２０４８である場合に、従来技術のＰＡＰＲは３３．１１ｄＢであるのに対し、本実施の形態のＰＡＰＲは３．０１ｄＢである。

本実施の形態に係る通信機１は、第１データおよび第２データから列ベクトルを減算したデータの内、最もＰＡＰＲが低いベースバンド信号に基づき送信信号を生成して送信する。そのため、従来技術ではＰＡＰＲが最大となるデータについて、ＦＦＴサイズに関わらず、ＰＡＰＲをほぼ一定値にまで低減させることができる。またＰＡＰＲが最大値に近い場合、例えば所定の変調方式がＱＰＳＫで、ＦＦＴサイズが８であるときに入力信号が１１１１１１１０１１１１１１１１である場合にも、本実施の形態に係る通信機１によれば、ＰＡＰＲを大きく低減させることができる。

なお入力信号にランダムデータを用いた場合のＰＡＰＲの平均値について、各ＦＦＴサイズにおける従来技術と本実施の形態に係る発明との差は、０．００１ｄＢ程度であった。しかし、ＰＡＰＲの平均値に大きな変化がなくとも、ＰＡＰＲの最大値を低減することにより、増幅器に線形性が求められる範囲が狭くなる。

次に所定の変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを８とし、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲのＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function：相補累積分布関数）、すなわちＰＡＰＲの発生確率の特性を比較した。本実施の形態に係る発明については演算部１４で上述のシミュレーションと同様の演算を加えてシミュレーションを行った。図６は、ベースバンド信号のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す図である。横軸はＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）、縦軸はＰＡＰＲのＣＣＤＦである。線が細い方のグラフが従来技術のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示し、線が太い方のグラフが本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲのＣＣＤＦ特性を示す。図６に示す範囲において、本実施の形態に係る発明のＰＡＰＲは従来技術と比べて低減されている。

図７は、全パターンの入力信号を用いてシミュレーションしたベースバンド信号のＰＡＰＲ特性を示す図である。所定の変調方式としてＱＰＳＫを用い、ＦＦＴサイズを８とし、入力信号として全信号パターンである６５５３６個の信号を用いて、従来技術と本実施の形態に係る発明について、ベースバンド信号を生成し、ＰＡＰＲを算出するシミュレーションを行った。本実施の形態に係る発明については演算部１４で上述のシミュレーションと同様の演算を加えてシミュレーションを行った。

図７（ａ）が従来技術のＰＡＰＲであり、図７（ｂ）が本実施の形態のＰＡＰＲである。図７の横軸は、入力信号の信号パターンの数（単位：１０^４個）であり、縦軸はＰＡＰＲ（単位：ｄＢ）である。入力信号がある信号パターン、例えば０１１００１１１１０００１００１である場合のＰＡＰＲを算出してプロットし、これを全ての信号パターンについて行った結果が図７である。図７に示すように従来技術の最大ＰＡＰＲは約９．０ｄＢであるのに対し、本実施の形態の最大ＰＡＰＲは約７．５ｄＢであり、ＰＡＰＲが約１．５ｄＢ低減されている。

したがって、ＰＡＰＲを低減するための処理を簡易化した本実施の形態に係る発明によれば、ＯＦＤＭ通信方式においてＰＡＰＲの最大値を低減できることがわかった。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。変調部１１の変調方式は、ＱＰＳＫに限られず、ＱＰＳＫ以外のＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直角位相振幅変調）などを用いることができる。変調部１１と直並列変換部１２の順序を変えて、入力信号を直並列変換してサブキャリア信号に割り当て、並列信号の各データを所定の変調方式で変調するよう構成してもよい。その場合、受信側では復調部３１と並直列変換部３２の順序を変えて、復調処理を行う。

データ生成部１４は、任意の複素数の中から１の複素数を選択し、上述の実施の形態とは逆に、該複素数の実部から該複素数を減算したデータと、該複素数の虚部から該複素数を減算したデータとを挿入データとして生成して挿入部１３に送り、一行目の要素の値が該複素数の符号を反転させた値である列ベクトルを生成して演算部１６に送るよう構成してもよい。その場合も、挿入用データが挿入された位置に基づいて抽出部３５で送信側と同じ列ベクトルを生成し、逆演算部３４が並列信号に列ベクトルを加算することで、入力信号を復調することが可能となる。

ＩＦＦＴ部１５は、ＩＦＦＴの代わりにＩＤＦＴを行うよう構成してもよいし、ＦＦＴ部３３、３６は、ＦＦＴの代わりにＤＦＴを行うよう構成してもよい。

１ 通信機
１０ アンテナ
１１ 変調部
１２ 直並列変換部
１３ 挿入部
１４ データ生成部
１５ ＩＦＦＴ部
１６ 演算部
１７ 判定部
１８ 送信部
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ Ｉ／Ｏ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ 復調部
３２ 並直列変換部
３３、３６ ＦＦＴ部
３４ 逆演算部
３５ 抽出部
３７ 受信部
３８ 送受信切替部

Claims (8)

1. 直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
   入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調手段と、
   前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第１データを生成する第１ＩＦＦＴ手段と、
   任意の複素数に基づき、所定の挿入用データを生成し、前記サブキャリア変調信号の任意の位置に前記挿入用データを挿入する挿入手段と、
   前記挿入用データを挿入した前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第２データを生成する第２ＩＦＦＴ手段と、
   前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを減算する演算手段と、
   前記演算手段の演算結果および前記第１データのそれぞれからベースバンド信号を生成し、前記ベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出する合成手段と、
   前記挿入手段で用いた前記複素数の値を変えて、前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を繰り返して生成した前記ベースバンド信号の内、送信信号を決めるための所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を選択する判定手段と、
   前記判定手段で選択した前記ベースバンド信号から送信信号を生成し、送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする通信機。
2. 前記挿入手段は、前記複素数の実部に前記複素数を加算したデータと、前記複素数の虚部に前記複素数を加算したデータとを、前記サブキャリア変調信号の最後尾に順に追加し、
   前記演算手段は、前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数である前記列ベクトルを減算し、
   前記判定手段は、所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、または所定の複素数について前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を行うまで、前記複素数の値を変えて、前記挿入手段、前記第２ＩＦＦＴ手段、前記演算手段、および前記合成手段の処理を繰り返す、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信機。
3. 直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機であって、
   送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信手段と、
   前記ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する直並列変換手段と、
   前記並列信号の高速フーリエ変換を行い、第３データを生成するＦＦＴ手段と、
   前記第３データの所定の位置の要素に基づき、所定の複素数を生成する抽出手段と、
   前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出手段で生成した前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを加算する逆演算手段と、
   前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行い、前記所定の位置の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する分解手段と、
   前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調手段と、
   を備えることを特徴とする通信機。
4. 前記抽出手段は、前記第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、前記第３データの最後尾の要素を虚部とする前記複素数を生成し、
   前記逆演算手段は、前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出手段で生成した前記複素数である前記列ベクトルを加算し、
   前記分解手段は、前記逆演算手段の演算結果の高速フーリエ変換を行って生成したデータの最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いて前記サブキャリア変調信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の通信機。
5. 直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
   入力信号を所定の変調方式で変調し、周波数成分が互いに直交するサブキャリアに割り当て、サブキャリア変調信号を生成する変調ステップと、
   前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第１データを生成する第１ＩＦＦＴステップと、
   任意の複素数に基づき、所定の挿入用データを生成し、前記サブキャリア変調信号の任意の位置に前記挿入用データを挿入する挿入ステップと、
   前記挿入用データを挿入した前記サブキャリア変調信号の逆高速フーリエ変換を行い、第２データを生成する第２ＩＦＦＴステップと、
   前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入手段で用いた前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを減算する演算ステップと、
   前記演算ステップの演算結果および前記第１データのそれぞれからベースバンド信号を生成し、前記ベースバンド信号のピーク対平均電力比を算出する合成ステップと、
   前記挿入ステップで用いた前記複素数の値を変えて、前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を繰り返して生成した前記ベースバンド信号の内、送信信号を決めるための所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を選択する判定ステップと、
   前記判定ステップで選択した前期ベースバンド信号から送信信号を生成し、送信する送信ステップと、
   を備えることを特徴とする通信方法。
6. 前記挿入ステップにおいて、前記複素数の実部に前記複素数を加算したデータと、前記複素数の虚部に前記複素数を加算したデータとを、前記サブキャリア変調信号の最後尾に順に追加し、
   前記演算ステップにおいて、前記第２データから、一行目の要素の値が前記挿入ステップで用いた前記複素数である前記列ベクトルを減算し、
   前記判定ステップにおいて、所定の基準に合致する前記ベースバンド信号を検出するまで、または所定の複素数について前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を行うまで、前記複素数の値を変えて、前記挿入ステップ、前記第２ＩＦＦＴステップ、前記演算ステップ、および前記合成ステップの処理を繰り返す、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信方法。
7. 直交周波数分割多重通信方式の無線通信により他の機器と通信を行う通信機が行う通信方法であって、
   送信信号を受信してベースバンド信号を生成する受信ステップと、
   前記ベースバンド信号を直並列変換して並列信号を生成する直並列変換ステップと、
   前記並列信号の高速フーリエ変換を行い、第３データを生成するＦＦＴステップと、
   前記第３データの所定の位置の要素に基づき、所定の複素数を生成する抽出ステップと、
   前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出ステップで生成した前記複素数に列ベクトル生成のための所定の演算を行った値であって、一行目以外の要素の値が０である列ベクトルを加算する逆演算ステップと、
   前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行い、前記所定の位置の要素を取り除いてサブキャリア変調信号を生成する分解ステップと、
   前記サブキャリア変調信号を所定の復調方式で復調する復調ステップと、
   を備えることを特徴とする通信方法。
8. 前記抽出ステップにおいて、前記第３データの最後尾から二行目の要素を実部とし、前記第３データの最後尾の要素を虚部とする前記複素数を生成し、
   前記逆演算ステップにおいて、前記並列信号に、一行目の要素の値が前記抽出ステップで生成した前記複素数である前記列ベクトルを加算し、
   前記分解ステップにおいて、前記逆演算ステップの演算結果の高速フーリエ変換を行って生成したデータの最後尾から二行目の要素および最後尾の要素を取り除いて前記サブキャリア変調信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信方法。

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