(57)【要約】  マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避しながら、変調信号の帯域外漏洩を抑える。変調装置であって、所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する変調器と、前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する信号処理器と、前記変調器で生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算し、その結果を出力する減算器とを有する。
2010055639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する変調器と、
前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する信号処理器と、
前記変調器で生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算し、その結果を出力する減算器とを備える
変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変調装置において、
前記所望成分除去後の変調信号を、窓関数を用いて整形する波形整形器を更に備え、
前記減算器は、前記変調器で生成された変調信号から、前記波形整形器で整形された変調信号を減算する
変調装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変調装置において、
前記信号処理器は、
前記変調信号からシンボル境界を含む前記部分を抽出するサンプラと、
前記サンプラで抽出された前記変調信号を周波数領域信号に変換するフーリエ変換器と、
前記周波数領域信号から前記所定の周波数帯域内の成分を除去する変調信号除去器と、
前記成分が除去された周波数領域信号を時間領域の信号に変換して前記所望成分除去後の変調信号を生成する逆フーリエ変換器とを有する
変調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の変調装置において、
前記サンプラで抽出された前記変調信号を、窓関数を用いて整形する波形整形器を更に備え、
前記フーリエ変換器は、前記波形整形器で整形された前記変調信号を前記周波数領域信号に変換する
変調装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変調装置において、
前記信号処理器は、前記所定の周波数帯域の端に近接する、前記所定の周波数帯域の外の成分をも除去する
変調装置。
【請求項６】
請求項１に記載の変調装置において、
前記変調器は、逆フーリエ変換を行うことによって、前記変調信号を生成する
変調装置。
【請求項７】
所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成し、
前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成し、
前記生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算する
変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、変調信号を生成する変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信環境において高速データ伝送を実現する変調方式として、周波数利用効率の高さ、マルチパス干渉に対する耐性の高さから、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）方式や、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ方式が知られている。【０００３】
ＯＦＤＭ方式及びＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ方式の信号は、隣接するシンボルの間で振幅及び位相が不連続になるので、帯域外漏洩を発生させ得る。変調器の出力信号の帯域外漏洩と、変調器の後段にある電力増幅器の非線形性に起因する歪みであるスペクトルリグロース（Spectrum Regrowth）とは、重畳され、隣接する無線チャネルに妨害を与える。この妨害は移動通信システム全体のデータ伝送容量を低下させるので、一般的な移動通信システムでは、隣接チャネル漏洩電力やスペクトルマスクといった規格が定められ、移動端末及び基地局は規格に沿うよう帯域外漏洩及びスペクトルリグロースを抑圧する必要がある。【０００４】
電力増幅器に起因するスペクトルリグロースを抑圧するには、電力増幅器を線形動作させる必要があり、効率の低下から消費電力の増大、発熱量の増加といった問題が生じる。このため、まずは変調器の出力信号の帯域外漏洩を十分小さい値に抑圧する必要がある。【０００５】
特許文献１には、複数の信号のそれぞれに波形整形を行い、波形整形後の信号を合成する送信器が記載されている。非特許文献１には、信号を構成するシンボル毎に窓関数を乗算することによって、信号を波形整形する処理が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７８７９０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Lucent Technologies, France Telecom, “Windowing and Spectral Containment for OFDM Downlink,” 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #42bis, R1-051203, ２００５年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような波形整形処理では、シンボル境界付近の区間におけるレベルが徐々に小さくなるように変調信号が整形される。ここで、この区間の長さ（ランプ長）が長いほど、帯域外漏洩の抑圧量は増大するが、シンボルに付加されたＣＰ（Cyclic Prefix）に対するその前のシンボルの干渉が増大する。したがって、帯域外漏洩を抑圧すると、マルチパス干渉に対する耐性が低下するという問題がある。【０００９】
本発明は、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避しながら、変調信号の帯域外漏洩を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例示的実施形態による変調装置は、所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する変調器と、前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する信号処理器と、前記変調器で生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算し、その結果を出力する減算器とを有する。【００１１】
これによると、変調器で生成された変調信号から、所定の周波数帯域内の成分を除去後の変調信号を減ずるので、所定の周波数帯域の外への変調信号の漏洩を抑えることができる。【００１２】
本発明の例示的実施形態による変調方法は、所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成し、前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成し、前記生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の例示的実施形態によれば、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができる。この際、変調信号のシンボルの境界付近に窓関数処理を行う必要がないので、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態による変調装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の変調器の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２の離散逆フーリエ変換器から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。
【図４】図４は、ＣＰについての説明図である。
【図５】図５は、図１の離散逆フーリエ変換器から出力される時間領域信号についての説明図である。
【図６】図６は、図１の変調器の変形例の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６の離散逆フーリエ変換器から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。
【図８】図８は、図１のサンプラで抽出された変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。
【図９】図９は、図１のサンプラで抽出された図８の変調信号のスペクトル図である。
【図１０】図１０は、図１の変調信号除去器から出力された信号の例を示すスペクトル図である。
【図１１】図１１は、所望成分除去後の変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、図１の波形整形器で用いられる窓関数の一例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、図１の波形整形器の出力信号の例を示すスペクトル図である。
【図１４】図１４は、図１の減算器から出力される信号ＥＳの例を示すスペクトル図である。
【図１５】図１５は、図１の減算器から出力される信号ＥＳの全体のスペクトル図の例である。
【図１６】図１６は、図１の変調装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一のまたは類似の構成要素である。
【００１６】
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを含む。代替としては各機能ブロックの一部またはすべては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態による変調装置１００の構成例を示すブロック図である。図１の変調装置１００は、変調器１１０と、信号処理器１３０と、波形整形器１５４と、減算器１５６とを有している。
【００１８】
図２は、図１の変調器１１０の構成例を示すブロック図である。変調器１１０は、シリアルパラレル変換器１１２と、離散逆フーリエ変換器１１４と、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部１１６とを有し、ＯＦＤＭ変調信号を生成する。シリアルパラレル変換器１１２は、入力信号ＩＳを、複数の複素変調シンボル列Ｉ１＋ｊＱ１、Ｉ２＋ｊＱ２、Ｉ３＋ｊＱ３、Ｉ４＋ｊＱ４、…、Ｉｍ−１＋ｊＱｍ−１、及びＩｍ＋ｊＱｍに変換する。離散逆フーリエ変換器１１４は、これらの複素変調シンボル列を時間領域信号に変換する。以下では、この時間領域信号のシンボルを有効シンボルと称する。
【００１９】
図３は、図２の離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号は、図３のようにサブキャリアの集合により構成されるマルチキャリア信号である。各サブキャリアは、離散逆フーリエ変換器１１４に入力された複素変調シンボル列により変調されたシングルキャリア変調信号である。各サブキャリアはｓｉｎｃスペクトルを持ち、そのゼロ点が隣接サブキャリアの中心周波数に一致する。このため、サブキャリア間での相互干渉は発生しない。
【００２０】
図４は、ＣＰについての説明図である。ＣＰ挿入部１１６は、離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号に、有効シンボル毎にＣＰを挿入する。ＣＰは、有効シンボルの末尾のコピーであり、図４のように、ＣＰ挿入部１１６は、有効シンボルの前にＣＰを挿入する。
【００２１】
図５は、図１の離散逆フーリエ変換器１１４から出力される時間領域信号についての説明図である。図５のように、離散逆フーリエ変換器１１４は、ＣＰが付加されたシンボルを連続して出力する。このように、変調器１１０は、割り当てられた所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する。
【００２２】
移動通信環境下では、マルチパス信号によるシンボル間干渉（隣接シンボルが重畳することによる信号歪：以下ではマルチパス干渉と称する）が、高速データ伝送の妨げとなる。図４、図５のようにＣＰを挿入して信号に冗長性を持たせることにより、ＣＰの長さに相当する遅延を持つマルチパス信号の影響を抑え、高速データ伝送を実現できる。ＣＰは受信信号の復調に寄与しないことから、データ伝送の効率低下の原因にもなる。このため、電波伝搬の環境（マルチパス信号の遅延時間）や要求されるデータ伝送速度を総合的に考慮してＣＰ長を決定する必要がある。
【００２３】
図６は、図１の変調器１１０の変形例の構成を示すブロック図である。図１の変調装置１００は、ＯＦＤＭ変調信号を生成する変調器１１０を有しているが、これに代えてＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号を生成する図６の変調器６１０を有していてもよい。ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号は、ＯＦＤＭ変調信号と同等の周波数利用効率及びマルチパス干渉耐性を持つ。
【００２４】
図６の変調器６１０は、離散フーリエ変換器６１１と、サブキャリアマッパ６１３と、離散逆フーリエ変換器６１４と、ＣＰ挿入部６１６とを有する。離散フーリエ変換器６１１は、入力信号ＩＳを、複数の周波数領域信号Ｒ１＋ｊＸ１、Ｒ２＋ｊＸ２、Ｒ３＋ｊＸ３、…、及びＲｎ＋ｊＸｎに変換する。サブキャリアマッパ６１３は、これらの周波数領域信号をサブキャリアにマッピングする。離散逆フーリエ変換器６１４は、サブキャリアを時間領域信号に変換する。ＣＰ挿入部６１６は、ＣＰ挿入部１１６と同様にＣＰを挿入する。
【００２５】
図７は、図６の離散逆フーリエ変換器６１４から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。この信号は、ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号であり、図３のＯＦＤＭ変調信号と同様にマルチキャリア信号である。しかし、各サブキャリアはＯＦＤＭ変調信号のように独立したシングルキャリア変調信号ではなく、変調信号全体が１つのシングルキャリア変調信号としての性質を持つ。このため、ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号は、ＯＦＤＭ変調信号に比べてＰＡＲ（Peak-to-Average power Ratio）が小さく、電力増幅器の高効率化が容易であり、次世代通信方式の３Ｇ−ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムにおいて、電源容量に制限のある移動端末の送信変調方式に採用されている。
【００２６】
以下では、ＯＦＤＭ変調信号を生成する図２の変調器１１０が用いられる場合について主に説明する。図１の信号処理器１３０は、サンプラ１３２と、離散フーリエ変換器１３４と、変調信号除去器１３６と、離散逆フーリエ変換器１３８とを有している。
【００２７】
図８は、図１のサンプラ１３２で抽出された変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。サンプラ１３２は、変調器１１０で生成された変調信号から、シンボル境界を少なくとも１つ含む部分を抽出し、抽出された変調信号ＳＬを離散フーリエ変換器１３４に出力する。図８の下部には、抽出された変調信号のシンボル境界付近を特に拡大した波形も示されている。図８のように、シンボル境界では、信号が不連続になっている。サンプラ１３２は、シンボル境界における不連続部分を含む領域を抽出するので、得られた信号は所望の変調信号に加え、帯域外漏洩成分を有する。
【００２８】
離散フーリエ変換器１３４は、サンプラ１３２で抽出された変調信号ＳＬを周波数領域信号に変換し、変調信号除去器１３６に出力する。図９は、図１のサンプラ１３２で抽出された図８の変調信号ＳＬのスペクトル図である。
【００２９】
変調信号除去器１３６は、離散フーリエ変換器１３４で求められた周波数領域信号から、変調信号に割り当てられた所定の周波数帯域（変調信号帯域）内の成分（所望変調信号成分）を除去し、このような帯域内の成分が除去された周波数領域信号を離散逆フーリエ変換器１３８に出力する。図１０は、図１の変調信号除去器１３６から出力された信号の例を示すスペクトル図である。成分が除去された周波数領域信号は、図１０のように帯域外漏洩成分を含んでいる。離散逆フーリエ変換器１３８は、変調信号除去器１３６で成分が除去された周波数領域信号を時間領域の信号に変換して、所望成分除去後の変調信号を生成する。以上のように、信号処理器１３０は、変調信号のシンボル境界を含む部分から、所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する。所望成分除去後の変調信号は、基本的には帯域外漏洩成分から生成されている。
【００３０】
図１１は、所望成分除去後の変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。帯域外漏洩成分は、シンボル境界の不連続部分（Ａ）、及びサンプラ１３２による抽出範囲の端部（Ｂ）、（Ｃ）に対応する部分で大きくなる。ここで、図１１の（Ｂ）、（Ｃ）はサンプラ１３２により信号を抽出したことで擬似的に発生した帯域外漏洩成分であり、抽出前の変調信号のシンボル中には（Ｂ）、（Ｃ）に対応する不連続部分は存在しない。
【００３１】
そこで、波形整形器１５４は、離散逆フーリエ変換器１３８で生成された所望成分除去後の変調信号を、窓関数を用いて整形し、減算器１５６に出力する。これにより、図１１の（Ｂ）、（Ｃ）の擬似不連続部分を除去することができる。図１２は、図１の波形整形器１５４で用いられる窓関数の一例を示すグラフである。窓関数Ｗ１（ｔ）は、例えば、
Ｗ１（ｔ）
＝０  （ｔ＜Ｔ１）
＝｛１−cos（π（ｔ−Ｔ１）／Ｔｒ１）｝／２  （Ｔ１≦ｔ＜Ｔ１＋Ｔｒ１）
＝１  （Ｔ１＋Ｔｒ１≦ｔ≦Ｔ２−Ｔｒ１）
＝｛１＋cos（π（ｔ−（Ｔ２−Ｔｒ１））／Ｔｒ１）｝／２  （Ｔ２−Ｔｒ１＜ｔ≦Ｔ２）
＝０  （Ｔ２＜ｔ）
と表される（Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ抽出範囲の起点及び終点、Ｔｒ１はランプ長）。波形整形器１５４は、図１２のような窓関数を、所望成分除去後の変調信号に乗算し、整形された変調信号を表す乗算結果を減算器１５６に出力する。この窓関数は一例であって、他の窓関数を用いてもよい。図１３は、図１の波形整形器１５４の出力信号の例を示すスペクトル図である。
【００３２】
減算器１５６は、変調器１１０から出力された変調信号から、波形整形器１５４の出力信号を減算し、その結果を信号ＥＳとして出力する。図１４は、図１の減算器１５６から出力される信号ＥＳの例を示すスペクトル図である。信号ＥＳの帯域外漏洩成分のレベルは、サンプラ１３２で抽出された変調信号ＳＬの帯域外漏洩成分のレベルよりも低下していることがわかる。
【００３３】
図１の変調装置１００は、変調信号から抽出する部分を変えながら、以上のような処理を繰り返す。図１５は、図１の減算器１５６から出力される信号ＥＳの全体のスペクトル図の例である。図１５は、図１４とは異なり、サンプラ１３２で抽出された図１１のような信号のみではなく、連続した変調信号の全体について処理した結果を示している。
【００３４】
変調信号除去器１３６によって変調信号帯域内の周波数成分を完全にキャンセルしても、波形整形器１５４の窓関数を用いた波形整形処理により、変調信号帯域に妨害信号が漏洩する。そこで、変調信号除去器１３６は、変調信号帯域の成分のみではなく、この変調信号帯域の端に近接する、変調信号帯域の外の成分をも除去してもよい。例えば減算器１５６から出力される信号ＥＳの帯域外漏洩の抑圧要求を満たす範囲で、変調信号除去器１３６は、変調信号帯域に近接する帯域外漏洩成分の一部を、変調信号帯域内の成分と合わせて除去する。変調信号帯域に近接する帯域外漏洩成分の一部を除去するので、波形整形処理によって生じる変調信号帯域への漏洩を抑えることができ、変調信号の品質を示すＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が改善される。
【００３５】
ある例では、変調信号帯域幅が１．０８ＭＨｚである場合に、変調信号帯域の成分のみを除去すると、ＥＶＭ＝１．２８％（平均）であるが、変調信号帯域に近接する帯域を含むように、幅１．２３ＭＨｚの帯域の成分を除去すると、ＥＶＭ＝０．４７％（平均）、幅１．３８ＭＨｚの帯域の成分を除去すると、ＥＶＭ＝０．３０％（平均）となる。
【００３６】
図１６は、図１の変調装置の変形例の構成を示すブロック図である。図１６の変調装置１８００は、信号処理器１８３０を有し、信号処理器１８３０は、波形整形器１８５４をサンプラ１３２と離散フーリエ変換器１３４との間に有している。波形整形器１８５４は、サンプラ１３２の出力に例えば図１２の窓関数を乗じて、整形された変調信号を離散フーリエ変換器１３４に出力する。離散フーリエ変換器１３４は、波形整形器１８５４で整形された変調信号を周波数領域信号に変換する。図１６の変調装置１８００によっても、変調信号の帯域外漏洩成分を図１の装置と同様に低減することができる。
【００３７】
サンプラ１３２が抽出するサンプル点数は、２のｎ乗であることが望ましい。サンプラ１３２が抽出するサンプル点数は、波形整形器１５４で用いられる窓関数のランプ長Ｔｒ１の２倍に対応するサンプル点数以上に設定するのが望ましい。
【００３８】
サンプラ１３２が抽出する領域の先頭を、シンボル境界よりランプ長Ｔｒ１に対応するサンプル点数以上前に置き、領域の末尾を、シンボル境界よりランプ長Ｔｒ１に対応するサンプル点数以上後に置くことが望ましい。ランプ区間にはシンボル境界が存在しないようにするためである。
【００３９】
変調信号のシンボル境界付近の波形を整形する場合には、帯域外漏洩成分の抑圧量とマルチパス干渉に対する耐性とはトレードオフの関係にあるが、以上の実施形態によれば、両者を分離することができる。すなわち、以上の実施形態によると、変調信号のシンボル境界付近の波形を整形する必要がないので、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避しながら、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができる。
【００４０】
また、以上の実施形態によると、帯域内の利得平坦性、低い群遅延特性、及び帯域外における急峻な抑圧特性を実現することができる。更に、刻々と変わる無線伝搬路環境及び情報レートに応じて、チャネル帯域内のブロック割当を高速に変更するような時間・周波数スケジューリングに対応することも可能となる。
【００４１】
本発明の多くの特徴および優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴および優位性の全てをカバーすることが意図される。さらに、多くの変更および改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成および動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物および等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上説明したように、本発明のさまざまな実施形態によると、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができるので、本発明は、変調装置等について有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１００、１８００  変調装置
１１０、６１０  変調器
１３０、１８３０  信号処理器
１３２  サンプラ
１３４  離散フーリエ変換器
１３６  変調信号除去器
１３８  離散逆フーリエ変換器
１５４、１８５４  波形整形器
１５６  減算器
【図１】
2010055639.tif 000003
【図２】
2010055639.tif 000004
【図３】
2010055639.tif 000005
【図４】
2010055639.tif 000006
【図５】
2010055639.tif 000007
【図６】
2010055639.tif 000008
【図７】
2010055639.tif 000009
【図８】
2010055639.tif 000010
【図９】
2010055639.tif 000011
【図１０】
2010055639.tif 000012
【図１１】
2010055639.tif 000013
【図１２】
2010055639.tif 000014
【図１３】
2010055639.tif 000015
【図１４】
2010055639.tif 000016
【図１５】
2010055639.tif 000017
【図１６】
2010055639.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月9日(2011.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、変調信号を生成する変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信環境において高速データ伝送を実現する変調方式として、周波数利用効率の高さ、マルチパス干渉に対する耐性の高さから、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）方式や、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ方式が知られている。
【０００３】
ＯＦＤＭ方式及びＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ方式の信号は、隣接するシンボルの間で振幅及び位相が不連続になるので、帯域外漏洩を発生させ得る。変調器の出力信号の帯域外漏洩と、変調器の後段にある電力増幅器の非線形性に起因する歪みであるスペクトルリグロース（Spectrum Regrowth）とは、重畳され、隣接する無線チャネルに妨害を与える。この妨害は移動通信システム全体のデータ伝送容量を低下させるので、一般的な移動通信システムでは、隣接チャネル漏洩電力やスペクトルマスクといった規格が定められ、移動端末及び基地局は規格に沿うよう帯域外漏洩及びスペクトルリグロースを抑圧する必要がある。
【０００４】
電力増幅器に起因するスペクトルリグロースを抑圧するには、電力増幅器を線形動作させる必要があり、効率の低下から消費電力の増大、発熱量の増加といった問題が生じる。このため、まずは変調器の出力信号の帯域外漏洩を十分小さい値に抑圧する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、複数の信号のそれぞれに波形整形を行い、波形整形後の信号を合成する送信器が記載されている。非特許文献１には、信号を構成するシンボル毎に窓関数を乗算することによって、信号を波形整形する処理が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７８７９０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Lucent Technologies, France Telecom, “Windowing and Spectral Containment for OFDM Downlink,” 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #42bis, R1-051203, ２００５年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような波形整形処理では、シンボル境界付近の区間におけるレベルが徐々に小さくなるように変調信号が整形される。ここで、この区間の長さ（ランプ長）が長いほど、帯域外漏洩の抑圧量は増大するが、シンボルに付加されたＣＰ（Cyclic Prefix）に対するその前のシンボルの干渉が増大する。したがって、帯域外漏洩を抑圧すると、マルチパス干渉に対する耐性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避しながら、変調信号の帯域外漏洩を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例示的実施形態による変調装置は、所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する変調器と、前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する信号処理器と、前記変調器で生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算し、その結果を出力する減算器とを有する。
【００１１】
これによると、変調器で生成された変調信号から、所定の周波数帯域内の成分を除去後の変調信号を減ずるので、所定の周波数帯域の外への変調信号の漏洩を抑えることができる。
【００１２】
本発明の例示的実施形態による変調方法は、所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成し、前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成し、前記生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の例示的実施形態によれば、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができる。この際、変調信号のシンボルの境界付近に窓関数処理を行う必要がないので、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による変調装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の変調器の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の離散逆フーリエ変換器から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。
【図４】ＣＰについての説明図である。
【図５】図１の離散逆フーリエ変換器から出力される時間領域信号についての説明図である。
【図６】図１の変調器の変形例の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の離散逆フーリエ変換器から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。
【図８】図１のサンプラで抽出された変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。
【図９】図１のサンプラで抽出された図８の変調信号のスペクトル図である。
【図１０】図１の変調信号除去器から出力された信号の例を示すスペクトル図である。
【図１１】所望成分除去後の変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。
【図１２】図１の波形整形器で用いられる窓関数の一例を示すグラフである。
【図１３】図１の波形整形器の出力信号の例を示すスペクトル図である。
【図１４】図１の減算器から出力される信号ＥＳの例を示すスペクトル図である。
【図１５】図１の減算器から出力される信号ＥＳの全体のスペクトル図の例である。
【図１６】図１の変調装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一のまたは類似の構成要素である。
【００１６】
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを含む。代替としては各機能ブロックの一部またはすべては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態による変調装置１００の構成例を示すブロック図である。図１の変調装置１００は、変調器１１０と、信号処理器１３０と、波形整形器１５４と、減算器１５６とを有している。
【００１８】
図２は、図１の変調器１１０の構成例を示すブロック図である。変調器１１０は、シリアルパラレル変換器１１２と、離散逆フーリエ変換器１１４と、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部１１６とを有し、ＯＦＤＭ変調信号を生成する。シリアルパラレル変換器１１２は、入力信号ＩＳを、複数の複素変調シンボル列Ｉ１＋ｊＱ１、Ｉ２＋ｊＱ２、Ｉ３＋ｊＱ３、Ｉ４＋ｊＱ４、…、Ｉｍ−１＋ｊＱｍ−１、及びＩｍ＋ｊＱｍに変換する。離散逆フーリエ変換器１１４は、これらの複素変調シンボル列を時間領域信号に変換する。以下では、この時間領域信号のシンボルを有効シンボルと称する。
【００１９】
図３は、図２の離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号は、図３のようにサブキャリアの集合により構成されるマルチキャリア信号である。各サブキャリアは、離散逆フーリエ変換器１１４に入力された複素変調シンボル列により変調されたシングルキャリア変調信号である。各サブキャリアはｓｉｎｃスペクトルを持ち、そのゼロ点が隣接サブキャリアの中心周波数に一致する。このため、サブキャリア間での相互干渉は発生しない。
【００２０】
図４は、ＣＰについての説明図である。ＣＰ挿入部１１６は、離散逆フーリエ変換器１１４から出力される信号に、有効シンボル毎にＣＰを挿入する。ＣＰは、有効シンボルの末尾のコピーであり、図４のように、ＣＰ挿入部１１６は、有効シンボルの前にＣＰを挿入する。
【００２１】
図５は、図１の離散逆フーリエ変換器１１４から出力される時間領域信号についての説明図である。図５のように、離散逆フーリエ変換器１１４は、ＣＰが付加されたシンボルを連続して出力する。このように、変調器１１０は、割り当てられた所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する。
【００２２】
移動通信環境下では、マルチパス信号によるシンボル間干渉（隣接シンボルが重畳することによる信号歪：以下ではマルチパス干渉と称する）が、高速データ伝送の妨げとなる。図４、図５のようにＣＰを挿入して信号に冗長性を持たせることにより、ＣＰの長さに相当する遅延を持つマルチパス信号の影響を抑え、高速データ伝送を実現できる。ＣＰは受信信号の復調に寄与しないことから、データ伝送の効率低下の原因にもなる。このため、電波伝搬の環境（マルチパス信号の遅延時間）や要求されるデータ伝送速度を総合的に考慮してＣＰ長を決定する必要がある。
【００２３】
図６は、図１の変調器１１０の変形例の構成を示すブロック図である。図１の変調装置１００は、ＯＦＤＭ変調信号を生成する変調器１１０を有しているが、これに代えてＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号を生成する図６の変調器６１０を有していてもよい。ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号は、ＯＦＤＭ変調信号と同等の周波数利用効率及びマルチパス干渉耐性を持つ。
【００２４】
図６の変調器６１０は、離散フーリエ変換器６１１と、サブキャリアマッパ６１３と、離散逆フーリエ変換器６１４と、ＣＰ挿入部６１６とを有する。離散フーリエ変換器６１１は、入力信号ＩＳを、複数の周波数領域信号Ｒ１＋ｊＸ１、Ｒ２＋ｊＸ２、Ｒ３＋ｊＸ３、…、及びＲｎ＋ｊＸｎに変換する。サブキャリアマッパ６１３は、これらの周波数領域信号をサブキャリアにマッピングする。離散逆フーリエ変換器６１４は、サブキャリアを時間領域信号に変換する。ＣＰ挿入部６１６は、ＣＰ挿入部１１６と同様にＣＰを挿入する。
【００２５】
図７は、図６の離散逆フーリエ変換器６１４から出力される信号の周波数スペクトルの例を示すスペクトル図である。この信号は、ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号であり、図３のＯＦＤＭ変調信号と同様にマルチキャリア信号である。しかし、各サブキャリアはＯＦＤＭ変調信号のように独立したシングルキャリア変調信号ではなく、変調信号全体が１つのシングルキャリア変調信号としての性質を持つ。このため、ＤＦＴ−Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ変調信号は、ＯＦＤＭ変調信号に比べてＰＡＲ（Peak-to-Average power Ratio）が小さく、電力増幅器の高効率化が容易であり、次世代通信方式の３Ｇ−ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムにおいて、電源容量に制限のある移動端末の送信変調方式に採用されている。
【００２６】
以下では、ＯＦＤＭ変調信号を生成する図２の変調器１１０が用いられる場合について主に説明する。図１の信号処理器１３０は、サンプラ１３２と、離散フーリエ変換器１３４と、変調信号除去器１３６と、離散逆フーリエ変換器１３８とを有している。
【００２７】
図８は、図１のサンプラ１３２で抽出された変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。サンプラ１３２は、変調器１１０で生成された変調信号から、シンボル境界を少なくとも１つ含む部分を抽出し、抽出された変調信号ＳＬを離散フーリエ変換器１３４に出力する。図８の下部には、抽出された変調信号のシンボル境界付近を特に拡大した波形も示されている。図８のように、シンボル境界では、信号が不連続になっている。サンプラ１３２は、シンボル境界における不連続部分を含む領域を抽出するので、得られた信号は所望の変調信号に加え、帯域外漏洩成分を有する。
【００２８】
離散フーリエ変換器１３４は、サンプラ１３２で抽出された変調信号ＳＬを周波数領域信号に変換し、変調信号除去器１３６に出力する。図９は、図１のサンプラ１３２で抽出された図８の変調信号ＳＬのスペクトル図である。
【００２９】
変調信号除去器１３６は、離散フーリエ変換器１３４で求められた周波数領域信号から、変調信号に割り当てられた所定の周波数帯域（変調信号帯域）内の成分（所望変調信号成分）を除去し、このような帯域内の成分が除去された周波数領域信号を離散逆フーリエ変換器１３８に出力する。図１０は、図１の変調信号除去器１３６から出力された信号の例を示すスペクトル図である。成分が除去された周波数領域信号は、図１０のように帯域外漏洩成分を含んでいる。離散逆フーリエ変換器１３８は、変調信号除去器１３６で成分が除去された周波数領域信号を時間領域の信号に変換して、所望成分除去後の変調信号を生成する。以上のように、信号処理器１３０は、変調信号のシンボル境界を含む部分から、所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する。所望成分除去後の変調信号は、基本的には帯域外漏洩成分から生成されている。
【００３０】
図１１は、所望成分除去後の変調信号の時間領域信号波形の例を示すグラフである。帯域外漏洩成分は、シンボル境界の不連続部分（Ａ）、及びサンプラ１３２による抽出範囲の端部（Ｂ）、（Ｃ）に対応する部分で大きくなる。ここで、図１１の（Ｂ）、（Ｃ）はサンプラ１３２により信号を抽出したことで擬似的に発生した帯域外漏洩成分であり、抽出前の変調信号のシンボル中には（Ｂ）、（Ｃ）に対応する不連続部分は存在しない。
【００３１】
そこで、波形整形器１５４は、離散逆フーリエ変換器１３８で生成された所望成分除去後の変調信号を、窓関数を用いて整形し、減算器１５６に出力する。これにより、図１１の（Ｂ）、（Ｃ）の擬似不連続部分を除去することができる。図１２は、図１の波形整形器１５４で用いられる窓関数の一例を示すグラフである。窓関数Ｗ１（ｔ）は、例えば、
Ｗ１（ｔ）
＝０  （ｔ＜Ｔ１）
＝｛１−cos（π（ｔ−Ｔ１）／Ｔｒ１）｝／２  （Ｔ１≦ｔ＜Ｔ１＋Ｔｒ１）
＝１  （Ｔ１＋Ｔｒ１≦ｔ≦Ｔ２−Ｔｒ１）
＝｛１＋cos（π（ｔ−（Ｔ２−Ｔｒ１））／Ｔｒ１）｝／２  （Ｔ２−Ｔｒ１＜ｔ≦Ｔ２）
＝０  （Ｔ２＜ｔ）
と表される（Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ抽出範囲の起点及び終点、Ｔｒ１はランプ長）。波形整形器１５４は、図１２のような窓関数を、所望成分除去後の変調信号に乗算し、整形された変調信号を表す乗算結果を減算器１５６に出力する。この窓関数は一例であって、他の窓関数を用いてもよい。図１３は、図１の波形整形器１５４の出力信号の例を示すスペクトル図である。
【００３２】
減算器１５６は、変調器１１０から出力された変調信号から、波形整形器１５４の出力信号を減算し、その結果を信号ＥＳとして出力する。図１４は、図１の減算器１５６から出力される信号ＥＳの例を示すスペクトル図である。信号ＥＳの帯域外漏洩成分のレベルは、サンプラ１３２で抽出された変調信号ＳＬの帯域外漏洩成分のレベルよりも低下していることがわかる。
【００３３】
図１の変調装置１００は、変調信号から抽出する部分を変えながら、以上のような処理を繰り返す。図１５は、図１の減算器１５６から出力される信号ＥＳの全体のスペクトル図の例である。図１５は、図１４とは異なり、サンプラ１３２で抽出された図１１のような信号のみではなく、連続した変調信号の全体について処理した結果を示している。
【００３４】
変調信号除去器１３６によって変調信号帯域内の周波数成分を完全にキャンセルしても、波形整形器１５４の窓関数を用いた波形整形処理により、変調信号帯域に妨害信号が漏洩する。そこで、変調信号除去器１３６は、変調信号帯域の成分のみではなく、この変調信号帯域の端に近接する、変調信号帯域の外の成分をも除去してもよい。例えば減算器１５６から出力される信号ＥＳの帯域外漏洩の抑圧要求を満たす範囲で、変調信号除去器１３６は、変調信号帯域に近接する帯域外漏洩成分の一部を、変調信号帯域内の成分と合わせて除去する。変調信号帯域に近接する帯域外漏洩成分の一部を除去するので、波形整形処理によって生じる変調信号帯域への漏洩を抑えることができ、変調信号の品質を示すＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が改善される。
【００３５】
ある例では、変調信号帯域幅が１．０８ＭＨｚである場合に、変調信号帯域の成分のみを除去すると、ＥＶＭ＝１．２８％（平均）であるが、変調信号帯域に近接する帯域を含むように、幅１．２３ＭＨｚの帯域の成分を除去すると、ＥＶＭ＝０．４７％（平均）、幅１．３８ＭＨｚの帯域の成分を除去すると、ＥＶＭ＝０．３０％（平均）となる。
【００３６】
図１６は、図１の変調装置の変形例の構成を示すブロック図である。図１６の変調装置１８００は、信号処理器１８３０を有し、信号処理器１８３０は、波形整形器１８５４をサンプラ１３２と離散フーリエ変換器１３４との間に有している。波形整形器１８５４は、サンプラ１３２の出力に例えば図１２の窓関数を乗じて、整形された変調信号を離散フーリエ変換器１３４に出力する。離散フーリエ変換器１３４は、波形整形器１８５４で整形された変調信号を周波数領域信号に変換する。図１６の変調装置１８００によっても、変調信号の帯域外漏洩成分を図１の装置と同様に低減することができる。
【００３７】
サンプラ１３２が抽出するサンプル点数は、２のｎ乗であることが望ましい。サンプラ１３２が抽出するサンプル点数は、波形整形器１５４で用いられる窓関数のランプ長Ｔｒ１の２倍に対応するサンプル点数以上に設定するのが望ましい。
【００３８】
サンプラ１３２が抽出する領域の先頭を、シンボル境界よりランプ長Ｔｒ１に対応するサンプル点数以上前に置き、領域の末尾を、シンボル境界よりランプ長Ｔｒ１に対応するサンプル点数以上後に置くことが望ましい。ランプ区間にはシンボル境界が存在しないようにするためである。
【００３９】
変調信号のシンボル境界付近の波形を整形する場合には、帯域外漏洩成分の抑圧量とマルチパス干渉に対する耐性とはトレードオフの関係にあるが、以上の実施形態によれば、両者を分離することができる。すなわち、以上の実施形態によると、変調信号のシンボル境界付近の波形を整形する必要がないので、マルチパス干渉に対する耐性の低下を回避しながら、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができる。
【００４０】
また、以上の実施形態によると、帯域内の利得平坦性、低い群遅延特性、及び帯域外における急峻な抑圧特性を実現することができる。更に、刻々と変わる無線伝搬路環境及び情報レートに応じて、チャネル帯域内のブロック割当を高速に変更するような時間・周波数スケジューリングに対応することも可能となる。
【００４１】
本発明の多くの特徴および優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴および優位性の全てをカバーすることが意図される。さらに、多くの変更および改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成および動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物および等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上説明したように、本発明のさまざまな実施形態によると、変調信号の帯域外漏洩を抑えることができるので、本発明は、変調装置等について有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１００、１８００  変調装置
１１０、６１０  変調器
１３０、１８３０  信号処理器
１３２  サンプラ
１３４  離散フーリエ変換器
１３６  変調信号除去器
１３８  離散逆フーリエ変換器
１５４、１８５４  波形整形器
１５６  減算器
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成する変調器と、
前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成する信号処理器と、
前記変調器で生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算し、その結果を出力する減算器とを備える
変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変調装置において、
前記所望成分除去後の変調信号を、窓関数を用いて整形する波形整形器を更に備え、
前記減算器は、前記変調器で生成された変調信号から、前記波形整形器で整形された変調信号を減算する
変調装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変調装置において、
前記信号処理器は、
前記変調信号からシンボル境界を含む前記部分を抽出するサンプラと、
前記サンプラで抽出された前記変調信号を周波数領域信号に変換するフーリエ変換器と、
前記周波数領域信号から前記所定の周波数帯域内の成分を除去する変調信号除去器と、
前記成分が除去された周波数領域信号を時間領域の信号に変換して前記所望成分除去後の変調信号を生成する逆フーリエ変換器とを有する
変調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の変調装置において、
前記サンプラで抽出された前記変調信号を、窓関数を用いて整形する波形整形器を更に備え、
前記フーリエ変換器は、前記波形整形器で整形された前記変調信号を前記周波数領域信号に変換する
変調装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変調装置において、
前記信号処理器は、前記所定の周波数帯域の端に近接する、前記所定の周波数帯域の外の成分をも除去する
変調装置。
【請求項６】
請求項１に記載の変調装置において、
前記変調器は、逆フーリエ変換を行うことによって、前記変調信号を生成する
変調装置。
【請求項７】
所定の周波数帯域を有する変調信号を入力信号に応じてシンボル毎に生成し、
前記変調信号のシンボル境界を含む部分から、前記所定の周波数帯域内の成分を除去して所望成分除去後の変調信号を生成し、
前記生成された変調信号から、前記所望成分除去後の変調信号を減算する
変調方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010055639.tif 000019
【図２】
2010055639.tif 000020
【図３】
2010055639.tif 000021
【図４】
2010055639.tif 000022
【図５】
2010055639.tif 000023
【図６】
2010055639.tif 000024
【図７】
2010055639.tif 000025
【図８】
2010055639.tif 000026
【図９】
2010055639.tif 000027
【図１０】
2010055639.tif 000028
【図１１】
2010055639.tif 000029
【図１２】
2010055639.tif 000030
【図１３】
2010055639.tif 000031
【図１４】
2010055639.tif 000032
【図１５】
2010055639.tif 000033
【図１６】
2010055639.tif 000034
【国際調査報告】
2010055639.tif 000035
2010055639.tif 000036
2010055639.tif 000037
2010055639.tif 000038