(57)【要約】【課題】電源投入時から送信開始までの立ち上げ時間を短縮し、情報伝送効率を低下させることなく無線通信の安定化を図ることが可能なＯＦＤＭ送信装置を提供する。【解決手段】本発明のＯＦＤＭ送信装置のプリアンブル信号生成方法は、ＯＦＤＭシンボルを生成する一次変調ビットパターンを少数ずつ変更し、ＯＦＤＭ変換信号のＣＣＤＦ（Complementary  Cumulative  Distribution  Function）値を測定し、ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲでのＣＣＤＦ値及びピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲより予め設定した所定値ＭｄＢ（Ｍは１〜３ｄＢ程度）低い電力のＣＣＤＦ値を用い一次変調ビットパターンの変更可否を判断し、否判定の場合は変更を不採用とし、可判定の場合は変更を採用する一連の処理を規定回数繰り返すことによって、一次変調ビットパターンを決定し、該プリアンブル信号を決定することを特徴とする。【選択図】  図２
2014143603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一信号が複数回繰り返されるプリアンブル信号を先頭にもったフレーム構造のＯＦＤＭ信号を送信するＯＦＤＭ送信装置において、
入力された送信データを１シンボルで送信するビット数単位に分割したデータシンボルとして出力するパケットフレーム構造化部と、
ビットパターンから成るプリアンブルを生成し、前記パケットフレーム構造化部に出力するプリアンブルパターン生成部と、
前記パケットフレーム構造化部から入力された送信データを所定の変調方式でサブキャリア毎にマッピングし出力する一次変調部と、
前記一次変調部から入力された変調信号をＩＦＦＴ処理により周波数軸−時間軸変換を行い、ＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭ変調部と、
前記ＯＦＤＭ変調部から入力されたＯＦＤＭ信号のピーク信号を制御し、ピーク電力対平均電力比（以下、ＰＡＰＲという）を制限するピークリミッタ部と、
送信増幅器の発生する非線形歪を補償するプリディストーション部と、
前記プリディストーション部から入力されたＯＦＤＭ信号の周波数をＲＦ帯に変換するＲＦ変換部と、
前記ＲＦ変換部から入力された周波数変換後のＲＦ信号を増幅し、外部に出力する送信増幅部と、
前記送信増幅部から入力された増幅後のＲＦ信号の一部をＯＦＤＭ信号に変換し、前記プリディストーション部に出力するＲＦ−ＢＢ変換部と、を有し、
前記プリアンブル信号が、前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲ近傍に信号電力分布を持つようにしたＯＦＤＭ信号であることを特徴とするＯＦＤＭ送信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＦＤＭ送信装置のプリアンブル信号生成方法であって、前記ＯＦＤＭシンボルを生成する一次変調ビットパターンを少数ずつ変更し、ＯＦＤＭ変換信号のＣＣＤＦ（Complementary  Cumulative  Distribution  Function）値を測定し、前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲでのＣＣＤＦ値及び前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲより予め設定した所定値ＭｄＢ（Ｍは１〜３ｄＢ程度）低い電力のＣＣＤＦ値を用い一次変調ビットパターンの変更可否を判断し、否判定の場合は変更を不採用とし、可判定の場合は変更を採用する一連の処理を規定回数繰り返すことによって、一次変調ビットパターンを決定し、該プリアンブル信号を決定することを特徴とするＯＦＤＭ送信装置のプリアンブル信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing：直交周波数分割多重）送信装置に関し、特に、送信増幅器の非線形歪補償を行うプリディストーション方式に用いるプリアンブル信号に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ変調方式による通信機器は、与えられた周波数帯域を狭い複数の周波数帯域（サブキャリア）に分割し、分割したサブキャリアに伝送データを割り当てて通信を行うものである。また、ＯＦＤＭは、ＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform：逆高速フーリエ変換）処理により狭帯域の直交するサブキャリア単位で変調を行うことにより、高い周波数利用効率を実現する無線変調方式である。
【０００３】
図４は、従来のパケット送信型のＯＦＤＭ送信装置の構成の一例を示すブロック図である。また、図５は、図４のＯＦＤＭ送信装置の送信フレーム構成の一例を示す図である。なお、本ＯＦＤＭ送信装置は、無線ＬＡＮのようなＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access   with  Collision  Avoidance）型パケット送信方式を想定している。
従来のＯＦＤＭ送信装置１００は、図４に示すように、パケットフレーム構造化部１０１と、プリアンブルパターン生成部１０２と、一次変調部１０３と、ＯＦＤＭ変調部１０４と、ピークリミッタ部１０５と、プリディストーション部１０６と、ＢＢ−ＲＦ変換部１０７と、ＰＡ（Power  Amplifier）部１０８と、ＲＦ−ＢＢ変換１０９部とを含んで構成される。以下、各機能の概要を説明する。
【０００４】
パケットフレーム構造化部１０１は、入力された送信データを１シンボルで送信するビット数単位に分割したデータシンボルとして一次変調部１０３に出力する。また、パケットフレーム構造化部１０１は、図５に示すように、パケット単位で送信するフレームの先頭の数シンボルを、プリアンブルパターン生成部１０２から入力されたビットパターンから成るプリアンブルで構成し、データシンボルに先立って出力する。
一次変調部１０３は、パケットフレーム構造化部１０１から入力された送信データを所定の変調方式（BPSK，QPSK，16QAM等）でサブキャリア毎にマッピングし、ＯＦＤＭ変調部１０４に出力する。
ＯＦＤＭ変調部１０４は、ＩＦＦＴ処理により周波数軸−時間軸変換を行い、ＯＦＤＭ信号であるＢＢ（BaseBand）信号を生成し、ピークリミッタ部１０５に出力する。
【０００５】
ピークリミッタ部１０５は、ＯＦＤＭ変調部１０４から入力されたＢＢ信号（ＯＦＤＭ信号）のピーク信号を制御し、ＯＦＤＭ信号特有のＰＡＰＲ（Peak  to  Average  Power   Ratio：ピーク電力対平均電力比）を低限することにより、ＰＡ部１０８に入力される平均電力を高め、ＰＡ部１０８の消費電力効率を改善する。
プリディストーション部１０６は、ＰＡ部１０８から出力された送信ＲＦ信号の一部をフィードバックして非線形歪量を検出し、検出した非線形歪量を改善するよう、ピークリミッタ部１０５から入力されたＢＢ信号に非線形歪量の逆特性を与える処理を行う。
ＢＢ−ＲＦ変換部１０７は、ＢＢ信号の周波数をＲＦ（Radio  Frequency）帯に変換し、変換したＲＦ信号をＰＡ部１０８に出力する。
ＰＡ部１０８は、ＢＢ−ＲＦ変換部１０７から入力された周波数変換後のＲＦ信号を増幅し、図示しないＯＦＤＭ受信装置に送信する。
ＲＦ−ＢＢ変換部１０９は、ＰＡ部１０８から出力された送信ＲＦ信号の一部をＢＢ信号に変換し、プリディストーション部１０６に出力する。
【０００６】
また、従来のＯＦＤＭ送信装置１００では、間欠的な時間間隔を有するバースト通信で送信が行われ、図５に示すように、フレームの先頭ｎシンボル（ｎは３〜１０シンボル程度）のプリアンブルシンボル、後続に送信データにより変調したデータシンボル（シンボル数はパケットデータにより可変）を送信し、パケットデータ送信終了時に送信断となる。
図示しないＯＦＤＭ受信装置では、ＯＦＤＭ送信装置１００から送信されたプリアンブルシンボルを受信し、ＡＧＣ（Automatic  Gain  Control）、シンボル／フレーム同期、ＡＦＣ（Automatic  Frequency  Control）等の機能を実行することにより、正常なデータ復調が可能となる。
上記した従来のＯＦＤＭ送信装置に関連する先行技術としては、下記の特許文献に記載された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３５３５号公報
【特許文献２】特開平８−７９１４３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、バースト通信用プリアンブルとして、プリディストーションのトレーニング用プリアンブルが示されている。また、特許文献１には、ＰＡ周辺温度による複数の非線形歪パターンに対応する複数の補償テーブルを具備し切替える方法が示されており、送信に寄与しない(送信しない)歪補償テーブルのトレーニング用プリアンブル信号を用いることが示されている。
しかし、特許文献１の方式では、送信中に補償テーブルの更新を行わない（周辺温度による既存テーブルの切り替え）ため、高い歪補償効果を得ることができない。また、複数の補償テーブルはＰＡ毎に適正に調整する必要があるため、調整工数が発生するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２には、特許文献１と同様、バースト通信用プリアンブルとして、プリディストーションのトレーニング用プリアンブルが示されている。また、特許文献２には、ＴＤＭＡ（Time  Division  Multiple  Access：時分割多元接続）用のプリディストーションのトレーニング用プリアンブル信号波形の例が示されており、送信信号のピーク電力までをカバーするようなプリアンブル信号波形を用いることにより、プリディストーションの補償係数の高速収束を可能としている。
しかし、特許文献２のプリアンブル信号は、プリディストーション用途に限定された信号であることから、この信号では受信復調側でＡＧＣ、シンボル同期、ＡＦＣ等への適用ができない。つまり、受信復調側では、この信号を有効活用することができず、送信時間を無駄に浪費する点で、むしろ情報伝送効率の低下を招くという問題があった。
【００１０】
また、図６は、従来のＯＦＤＭ送信装置のデータシンボルと通常使用されるプリアンブルシンボルのＣＣＤＦ（Complementary  Cumulative  Distribution  Function：相補的累積確立分布）の一例を示す図である。
図６から分かるように、データシンボルは、高いＰＡＰＲ（図６では約１１ｄＢ）を持つのに対し、従来のプリアンブルは、低いＰＡＰＲ（図６では約４.５ｄＢ）となっている。
これはＰＡの送信電力効率を上げる点では好ましい。しかし、プリディストーションアルゴリズムの観点からは、このプリアンブルパターンは好ましい信号ではない。プリディストーションアルゴリズムは、送信電力の高いピーク周辺で歪の逆特性を与えることで非線形歪補償を行うため、高いピーク電力の発生しないプリアンブルパターンは非線形歪補償係数の更新に寄与しない。
従って、従来のＯＦＤＭ送信装置では、データシンボルを送信するまでは非線形歪補償係数が更新されず、送信スペクトルに適合しない送信が継続され、しかも、データシンボルでは高いＰＡＰＲの発生頻度が非常に低いため、収束までに長時間を要するという問題があった。
【００１１】
また、ＯＦＤＭ信号は、高いＰＡＰＲを持ち、平均電力に対して瞬時的に高電力信号(ピーク)が発生する。しかし、その発生頻度が非常に低いためプリディストーションの歪補償係数の収束に多くのシンボル送信が必要となる。特許文献２のＴＤＭＡのように定期的に信号が送信されるのであれば、歪補償係数の更新機会が多いため、周囲温度変化や経年変化に追従して歪補償係数を更新することができるが、ＣＳＭＡ／ＣＡ型送信のように送信時間が間欠的で短い通信装置では、十分な歪補償係数更新機会が得られない問題がある。しかし、電力消費及び伝送効率を考慮すれば歪補償係数の収束のためのみに無駄な信号送信は避けるべきであり、短時間の信号送信で歪補償係数を収束させたい。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、受信装置側機能（ＡＧＣ、シンボル同期、ＡＦＣ等）に寄与するＯＦＤＭ信号のプリアンブルパターンを用いると共に、プリディストーションの歪補償係数の収束速度の向上が図れるプリアンブル信号を送信することが可能なＯＦＤＭ送信装置及びプリアンブル信号生成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、電源投入時から送信開始までの立ち上げ時間を短縮し、情報伝送効率を低下させることなく無線通信の安定化を図ることが可能なＯＦＤＭ送信装置及びプリアンブル信号生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係るＯＦＤＭ送信装置は、同一信号が複数回繰り返されるプリアンブル信号を先頭にもったフレーム構造のＯＦＤＭ信号を送信するＯＦＤＭ送信装置において、入力された送信データを１シンボルで送信するビット数単位に分割したデータシンボルとして出力するパケットフレーム構造化部と、ビットパターンから成るプリアンブルを生成し、前記パケットフレーム構造化部に出力するプリアンブルパターン生成部と、前記パケットフレーム構造化部から入力された送信データを所定の変調方式でサブキャリア毎にマッピングし出力する一次変調部と、前記一次変調部から入力された変調信号をＩＦＦＴ処理により周波数軸−時間軸変換を行い、ＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭ変調部と、前記ＯＦＤＭ変調部から入力されたＯＦＤＭ信号のピーク信号を制御し、ピーク電力対平均電力比（以下、ＰＡＰＲという）を制限するピークリミッタ部と、送信増幅器の発生する非線形歪を補償するプリディストーション部と、  前記プリディストーション部から入力されたＯＦＤＭ信号の周波数をＲＦ帯に変換するＲＦ変換部と、前記ＲＦ変換部から入力された周波数変換後のＲＦ信号を増幅し、外部に出力する送信増幅部と、前記送信増幅部から入力された増幅後のＲＦ信号の一部をＯＦＤＭ信号に変換し、前記プリディストーション部に出力するＲＦ−ＢＢ変換部と、を有し、前記プリアンブル信号が、前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲ近傍に信号電力分布を持つようにしたＯＦＤＭ信号であることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明に係るＯＦＤＭ送信装置のプリアンブル信号生成方法は、上記したＯＦＤＭ送信装置のプリアンブル信号生成方法であって、前記ＯＦＤＭシンボルを生成する一次変調ビットパターンを少数ずつ変更し、ＯＦＤＭ変換信号のＣＣＤＦ（Complementary  Cumulative  Distribution  Function）値を測定し、前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲでのＣＣＤＦ値及び前記ピークリミッタ部で制限するＰＡＰＲより予め設定した所定値ＭｄＢ（Ｍは１〜３ｄＢ程度）低い電力のＣＣＤＦ値を用い一次変調ビットパターンの変更可否を判断し、否判定の場合は変更を不採用とし、可判定の場合は変更を採用する一連の処理を規定回数繰り返すことによって、一次変調ビットパターンを決定し、該プリアンブル信号を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、電源投入時から送信開始までの立ち上げ時間を短縮し、情報伝送効率を低下させることなく無線通信の安定化を図ることが可能なＯＦＤＭ送信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置でのプリアンブルシンボル生成処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置のプリアンブルシンボル生成処理により得られた各ターゲットＰＡＰＲでのプリアンブル信号のＣＣＤＦ曲線である。
【図４】従来のパケット送信型のＯＦＤＭ送信装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図４のＯＦＤＭ送信装置の送信フレーム構成の一例を示す図である。
【図６】従来のＯＦＤＭ送信装置のデータシンボルと通常使用されるプリアンブルシンボルのＣＣＤＦの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置について、図１を参照して詳細に説明する。なお、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置は、無線ＬＡＮのようなＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access   with  Collision  Avoidance）型パケット送信方式を想定している。
また、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置では、所定のターゲットＰＡＰＲとなるように、プリアンブルシンボルのサブキャリアの一次変調としてＢＰＳＫ等のパターンを決定するものである。また、ターゲットＰＡＰＲは、ＯＦＤＭ変調信号に対して行うピークリミッタで設定するＰＡＰＲと同等の設定値とすることが望ましい。それにより、ピークリミッタによるプリアンブル信号の劣化を回避でき、受信装置でのプリアンブル受信時の信号劣化を軽減できる。またプリディストーションの歪補償係数の収束速度高速化も同時に実現できる。
図１は、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。図１において、図４のＯＦＤＭ通信装置１００と同じ機能を有する部分については同一の参照符号を使用する。
本発明のＯＦＤＭ送信装置１０は、図１に示すように、パケットフレーム構造化部１０１と、プリアンブルパターン生成部１０２と、一次変調部１３と、ＯＦＤＭ変調部１４と、ピークリミッタ部１５と、プリディストーション部１０６と、ＢＢ−ＲＦ変換部１０７と、ＰＡ（Power  Amplifier）部１０８と、ＲＦ−ＢＢ変換１０９部とを含んで構成される。
以下に、各ブロックの機能について説明する。
【００１８】
パケットフレーム構造化部１０１は、入力された送信データを１シンボルで送信するビット数単位に分割したデータシンボルとして一次変調部１３に出力する。また、パケットフレーム構造化部１０１は、図５に示すように、パケット単位で送信するフレームの先頭の数シンボルを、プリアンブルパターン生成部１０２から入力されたビットパターンから成るプリアンブルで構成し、データシンボルに先立って出力する。
一次変調部１３は、パケットフレーム構造化部１０１から入力された送信データを所定の変調方式（BPSK，QPSK，16QAM等）でサブキャリア毎にマッピングし、ＯＦＤＭ変調部１４に出力する。
ＯＦＤＭ変調部１４は、ＩＦＦＴ処理により周波数軸−時間軸変換を行い、ＯＦＤＭ信号であるＢＢ（BaseBand）信号を生成し、ピークリミッタ部１５に出力する。
【００１９】
ピークリミッタ部１５は、ＯＦＤＭ変調部１４から入力されたＢＢ信号（ＯＦＤＭ信号）のピーク信号を制御し、ＯＦＤＭ信号特有のＰＡＰＲ（Peak  to  Average  Power   Ratio：ピーク電力対平均電力比）を低限することにより、ＰＡ部１０８に入力される平均電力を高め、ＰＡ部１０８の消費電力効率を改善する。
プリディストーション部１０６は、ＰＡ部１０８から出力された送信ＲＦ信号の一部をフィードバックして非線形歪量を検出し、検出した非線形歪量を改善するよう、ピークリミッタ部１５から入力されたＢＢ信号に非線形歪量の逆特性を与える処理を行う。
ＢＢ−ＲＦ変換部１０７は、ＢＢ信号の周波数をＲＦ（Radio  Frequency）帯に変換し、変換したＲＦ信号をＰＡ部１０８に出力する。
ＰＡ部１０８は、ＢＢ−ＲＦ変換部１０７から入力された周波数変換後のＲＦ信号を増幅し、図示しないＯＦＤＭ受信装置に送信する。
ＲＦ−ＢＢ変換部１０９は、ＰＡ部１０８から出力された送信ＲＦ信号の一部をＢＢ信号に変換し、プリディストーション部１０６に出力する。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置でのプリアンブルシンボル生成処理について、図２を参照して詳細に説明する。本処理は、一次変調で使用する変調方式のビットパターン（本実施例ではＢＰＳＫ）を操作することによってターゲットとなるＰＡＰＲとなり、かつターゲットＰＡＰＲからＭｄＢ（Ｍは1〜３程度）の間における信号電力発生分布を多くするようにビットパターンを決定するものである。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置でのプリアンブルシンボル生成処理を示すフローチャートである。
図２において、ステップＳ１００は、プリアンブルパターンを構成する各サブキャリアのＢＰＳＫパターンである。初期値としては従来使用されているＰＡＰＲの低いＢＰＳＫパターンを想定しているが、パターンを限定するものではない。
ステップＳ１０５では、ターゲットとなるＰＡＰＲにおけるＣＣＤＦ値（Ｔ１）と、ターゲットＰＡＰＲからＭｄＢ低い電力値でのＣＣＤＦ値（Ｔ２）を０クリアする。
ステップＳ１１０では、ＢＰＳＫパターンの変更更新（Ｌ回の目安はサブキャリア数より十分大きい回数とする）を試行するループである。
ステップＳ１１５では、ＢＰＳＫパターンの任意に選択した１ビットを反転更新する処理である（Ｘ％ＮはＸのモジュロＮ処理。Ｘは任意の整数、素数が望ましい）。
ステップＳ１２０では、更新したＢＰＳＫパターンをＩＦＦＴ処理してＢＰＳＫパターン(各サブキャリアに対応)からＯＦＤＭの時間信号に変換する。
ステップＳ１２５では、時間信号のＣＣＤＦを測定する。
ステップＳ１３０では、ターゲットＰＡＰＲでのＣＣＤＦ（Ｃ１）と、ターゲットＰＡＰＲからＭｄＢ低い電力でのＣＣＤＦ（Ｃ２）を評価する。Ｃ１が上がらない（ＰＡＰＲが増加しない）、かつＣ２が下がらない（高電力の分布が減らない）条件を満たす場合は、ＢＰＳＫ更新結果良として、Ｔ１＝Ｃ１及びＴ２＝Ｃ２としてＢＰＳＫパターンを送信し（ステップＳ１３５）、その他の場合は、ステップＳ１４０に進みＢＰＳＫパターンを更新前に戻し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１１０に戻る。
この一連の処理を繰り返すことにより所望のＰＡＰＲを満たすＢＰＳＫパターンを得ることができる。
【００２２】
図３は、上記プリアンブルシンボル生成処理により得られた各ターゲットＰＡＰＲでのプリアンブル信号のＣＣＤＦ曲線である。
ＰＡＰＲは、装置要求条件（ＰＡ部１０８の電力効率、プリディストーション部１０６の歪補償能力等）から決定されるピークリミッタ部１５の設定ＰＡＰＲに合わせて選択される。従って、設定ＰＡＰＲに応じてプリアンブルパターンを決定することにより、プリディストーション部１０６の歪補償係数の高速収束を可能とすることができ、送信開始時の無駄な信号送信時間を排除することができる。また、受信に不要な信号を受信装置に送る送信効率の低下を排除できる。
なお、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ送信装置では、一次変調をＢＰＳＫとしたが、他の変調方式を一次変調として使用しても構わない。
【００２３】
以上説明したように、本発明のＯＦＤＭ送信装置によれば、電源投入時から送信開始までの立ち上げ時間を短縮し、情報伝送効率を低下させることなく無線通信の安定化を図ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０：ＯＦＤＭ送信装置、１３：一次変調部、１４：ＯＦＤＭ変調部、１５：ピークリミッタ部、１００：ＯＦＤＭ送信装置、１０１：パケットフレーム構造化部、１０２：プリアンブルパターン生成部、１０３：一次変調部、１０４：ＯＦＤＭ変調部、１０５：ピークリミッタ部、１０６：プリディストーション部、１０７：ＢＢ−ＲＦ変換部、１０８：ＰＡ部、１０９：ＲＦ−ＢＢ変換部。
【図３】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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