(57)【要約】  送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上すること。この課題を解決するために、変形１６ＱＡＭ変調部（１２０）は、ＩＱ平面のＩ軸およびＱ軸に対して４５度傾いた線分を底辺として共有し、底辺の中点がＩＱ平面の原点に一致する２つの正三角形の各頂点を４つの象限それぞれにおける原点に最も近い信号点とし、各象限内では、原点に最も近い信号点を１つの頂点とした正三角形と、この正三角形と１辺を共有する正三角形との各頂点を信号点としたコンスタレーションによってビット系列を変調する。無線送信処理部（１３０）は、変形１６ＱＡＭ変調部（１２０）によって変調されて得られたシンボル系列に対してＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理を実行し、アンテナを介して送信する。
2010038274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の同相成分および直交成分を示すＩＱ平面の４つの象限それぞれに信号点を頂点とする複数の合同な正三角形が形成され、任意の隣接する２つの正三角形が１辺を共有するとともに、前記４つの象限のそれぞれにおける原点に最も近い信号点が１辺を共有して隣接する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを用いて、送信ビット系列をいずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングする変調手段と、
前記変調手段によってマッピングされて得られたシンボルを送信する送信手段と
を有することを特徴とする無線送信装置。
【請求項２】
前記変調手段は、
前記４つの象限それぞれに形成される複数の正三角形の１辺よりも前記原点に最も近い信号点によって形成される２つの正三角形の１辺の方が長いコンスタレーションを用いて送信ビット系列をマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記変調手段は、
前記４つの象限それぞれに、４つの信号点を頂点とし１辺を共有して隣接する２つの正三角形が形成される変形１６ＱＡＭのコンスタレーションを用いて送信ビット系列を４ビットずつマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記変調手段は、
前記４つの象限それぞれに、１６個の信号点を頂点とし全体の輪郭が菱形形状を有する１８個の正三角形が形成される変形６４ＱＡＭのコンスタレーションを用いて送信ビット系列を６ビットずつマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項５】
前記変調手段は、
直線Ｑ＝Ｉおよび直線Ｑ＝−Ｉに関して線対称なコンスタレーションを用いて送信ビット系列をマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項６】
前記変調手段は、
前記原点に最も近い信号点によって形成される２つの正三角形が共有する１辺の中点がＩＱ平面の原点に一致するコンスタレーションを用いて送信ビット系列をマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項７】
前記変調手段は、
前記４つの象限のうち２つの象限においては原点と前記原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線が複数の正三角形の１辺となる一方、他の２つの象限においては原点と前記原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線が複数の正三角形の１辺とならないコンスタレーションを用いて送信ビット系列をマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項８】
前記変調手段は、
象限ごとの複数の信号点それぞれに対応するビット系列の上位２ビットが同一であるコンスタレーションを用いて送信ビット系列をマッピングすることを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項９】
信号の同相成分および直交成分を示すＩＱ平面の４つの象限それぞれに信号点を頂点とする複数の合同な正三角形が形成され、任意の隣接する２つの正三角形が１辺を共有するとともに、前記４つの象限のそれぞれにおける原点に最も近い信号点が１辺を共有して隣接する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを用いて、送信ビット系列をいずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングすることを特徴とする変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置および変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線送信装置は、送信される情報ビットを変調して送信する。情報ビットの変調に用いられる変調方式は、変調多値数に応じて例えばＢＰＳＫ（Binary  Phase  Shift  Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）、および６４ＱＡＭなどに分類される。変調多値数とは、１シンボル当たりで送信されるビット数を指しており、例えばＢＰＳＫによれば１シンボルで１ビットが伝送可能であるが、ＱＰＳＫによれば１シンボルで２ビットが伝送可能となる。また、１６ＱＡＭによれば１シンボルで４ビットが伝送可能であり、６４ＱＡＭによれば１シンボルで６ビットが伝送可能である。【０００３】
これらの変調方式による変調では、信号の同相成分（以下「Ｉ成分」という）および直交成分（以下「Ｑ成分」という）をＩＱ（In-phase  Quadrature）平面上にプロットして得られる信号点を示すコンスタレーションに従ったマッピングが行われる。すなわち、各変調方式によって情報ビットが変調される際には、変調多値数に応じた数のビットがコンスタレーション上のいずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングされることになる。具体例を示すと、１６ＱＡＭのコンスタレーションは、例えば図１のようになっている。同図に示すように、１６ＱＡＭのコンスタレーションには、１６個の信号点が配置されており、各信号点がそれぞれ４ビットの組み合わせに対応する１シンボルに相当する。例えば「００００」という４ビットが１６ＱＡＭ変調される場合には、ＩＱ平面上の第１象限（Ｉ成分およびＱ成分がいずれも正の象限）にある４つの信号点のうち、原点に最も近い信号点に相当するシンボルが生成される。【０００４】
このようなコンスタレーションは、変調方式ごとに異なっており、変調多値数が大きい変調方式ほど多くの信号点が配置されるため、信号点間の距離が小さくなる。したがって、伝送時のノイズやフェージングなどの影響によりシンボルの位相や振幅が変動すると、シンボルに対応する信号点の位置が変動し、変調多値数が大きい変調方式ほど復調の誤りが発生しやすくなる。このため、伝搬環境が良好な状態では、変調多値数を大きくすれば１シンボルで伝送されるビット数が多くなり、伝送効率を向上することができるが、伝搬環境が劣悪な状態では、変調多値数を大きくすると、正確な復調が行われないため再送が多発して、伝送効率が低下してしまうことがある。そこで、初回送信時と再送時では異なるコンスタレーションの変調方式でデータを変調し、全体としてのスループットを向上することなどが検討されている。【０００５】
ところで、近年では、１シンボル当たりの複数のビットを階層化して変調する階層変調が注目されている。階層変調においては、例えば４ビットが上位２ビットと下位２ビットとに階層化され、下位２ビットに比べて上位２ビットが誤りにくくなるようにシンボルマッピングされる。例えば、図１に示したコンスタレーションにおいて、各信号点にマッピングされる１ビット目および２ビット目の上位２ビットに注目すると、第１象限の４個の信号点に関しては、すべて「００」となっており、第２象限（Ｉ成分が負かつＱ成分が正の象限）の４個の信号点に関しては、すべて「１０」となっている。同様に、第３象限（Ｉ成分およびＱ成分がいずれも負の象限）の４個の信号点に関しては、すべて「１１」となっており、第４象限（Ｉ成分が正かつＱ成分が負の象限）の４個の信号点に関しては、すべて「０１」となっている。【０００６】
したがって、上位２ビットに関しては、ノイズやフェージングなどの影響を受けてコンスタレーション上の信号点の位置が変化する場合であっても、Ｉ軸またはＱ軸を跨がない程度の変化であれば正確に復調することができる。換言すれば、図１に示す１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいて、上位２ビットに関する平均的な信号点間の距離が大きいため、各信号点にマッピングされる４ビットのうち上位２ビットは比較的誤りにくくなる。【０００７】
一方、図１における３ビット目に注目すると、Ｉ軸方向に並ぶ４行の信号点のうち、Ｉ軸に近い２行の信号点に関しては、すべて「０」となっており、Ｉ軸から遠い２行の信号点に関しては、すべて「１」となっている。同様に、図１における４ビット目に注目すると、Ｑ軸方向に並ぶ４列の信号点のうち、Ｑ軸に近い２列の信号点に関しては、すべて「０」となっており、Ｑ軸から遠い２列の信号点に関しては、すべて「１」となっている。したがって、下位２ビットに関しては、フェージングなどの影響を受けてコンスタレーション上の信号点の位置が変化する場合に、各信号点間の距離の半分程度の変化でも復調の誤りが生じることになる。換言すれば、図１に示す１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいて、下位２ビットに関する平均的な信号点間の距離が小さいため、各信号点にマッピングされる４ビットのうち下位２位ビットは比較的誤りやすくなる。【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５３３４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のコンスタレーションによる変調方式では、上位ビットと下位ビットの誤りにくさが大きく異なることはなく、十分な復調精度が得られないという問題がある。すなわち、例えば図１に示すコンスタレーションにおいて、「００１１」の４ビットに対応する信号点は、Ｉ軸およびＱ軸から大きく離れているため、位相や振幅の変動が多少大きくても上位２ビットの復調誤りが発生することはない。しかし、「００００」の４ビットに対応する信号点は、Ｉ軸およびＱ軸に近いため、位相や振幅の変動によりＩ軸またはＱ軸を跨いで信号点の位置が変化する可能性が高く、上位２ビットと下位２ビットの誤りにくさには大差がない。換言すれば、上位ビットも下位ビットと同程度に誤りやすく、シンボルの復調精度が十分に向上しない。【００１０】
また、上位ビットと下位ビットを十分に差別化するため、信号点を等間隔に配置することなく、各象限内の信号点をＩＱ平面の原点から離して配置することも可能であるが、全体的に信号点が原点から離れると、シンボルの最大振幅が大きくなり、結果として最大送信電力の増大が生じてしまう。さらに、各象限内において、原点から最も離れている信号点の位置を固定したまま他の信号点を原点から離して配置すれば、最大送信電力は不変であるものの、平均送信電力が増大するとともに、下位ビットの復調精度が低下してしまう。【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる無線送信装置および変調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】
【００１２】
上記課題を解決するために、無線送信装置は、信号の同相成分および直交成分を示すＩＱ平面の４つの象限それぞれに信号点を頂点とする複数の合同な正三角形が形成され、任意の隣接する２つの正三角形が１辺を共有するとともに、前記４つの象限のそれぞれにおける原点に最も近い信号点が１辺を共有して隣接する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを用いて、送信ビット系列をいずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングする変調手段と、前記変調手段によってマッピングされて得られたシンボルを送信する送信手段とを有する。【００１３】
また、変調方法は、信号の同相成分および直交成分を示すＩＱ平面の４つの象限それぞれに信号点を頂点とする複数の合同な正三角形が形成され、任意の隣接する２つの正三角形が１辺を共有するとともに、前記４つの象限のそれぞれにおける原点に最も近い信号点が１辺を共有して隣接する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを用いて、送信ビット系列をいずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングする。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書に開示された無線送信装置および変調方法によれば、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、１６ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る無線送信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る変形１６ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図である。
【図４】図４は、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点配置を説明する図である。
【図５】図５は、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点のＩ成分およびＱ成分の具体例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る無線受信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る復調時に用いられる上位ビットの判定軸の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る復調時に用いられる下位ビットの判定軸の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る変形１６ＱＡＭのコンスタレーションの他の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る無線送信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る変形６４ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、変形６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点のＩ成分およびＱ成分の具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１００、３００  無線送信装置
１１０  符号化部
１２０  変形１６ＱＡＭ変調部
１３０  無線送信処理部
２００  無線受信装置
２１０  無線受信処理部
２２０  変形１６ＱＡＭ復調部
２３０  復号部
３１０  変形６４ＱＡＭ変調部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。【００１８】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る無線送信装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図に示す無線送信装置１００は、符号化部１１０、変形１６ＱＡＭ変調部１２０、および無線送信処理部１３０を有している。【００１９】
符号化部１１０は、送信対象の情報ビットを誤り訂正符号化し、情報ビットに冗長ビットが付加されたビット系列を変形１６ＱＡＭ変調部１２０へ出力する。【００２０】
変形１６ＱＡＭ変調部１２０は、符号化部１１０から出力されるビット系列を４ビットずつシンボルマッピングして変調する。このとき、変形１６ＱＡＭ変調部１２０は、例えば図３に示すコンスタレーションを有する変形１６ＱＡＭによってビット系列を変調する。すなわち、変形１６ＱＡＭ変調部１２０は、ＩＱ平面のＩ軸およびＱ軸に対して４５度傾いた線分を底辺として共有し、底辺の中点がＩＱ平面の原点に一致する２つの正三角形の各頂点を４つの象限それぞれにおける原点に最も近い信号点とし、各象限内では、原点に最も近い信号点を１つの頂点とした正三角形と、この正三角形と１辺を共有する正三角形との各頂点を信号点としたコンスタレーションによってビット系列を変調する。【００２１】
図３に示した例では、第１象限（Ｉ成分およびＱ成分がいずれも正の象限）、第２象限（Ｉ成分が負かつＱ成分が正の象限）、および第４象限（Ｉ成分が正かつＱ成分が負の象限）それぞれの原点に最も近い信号点が正三角形を形成し、第２象限、第３象限（Ｉ成分およびＱ成分がいずれも負の象限）、および第４象限それぞれの原点に最も近い信号点が正三角形を形成している。【００２２】
そして、第１象限および第３象限においては、原点に最も近い信号点を１つの頂点とし、原点と原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線を１辺として共有する２つの正三角形の各頂点が信号点となっている。また、第２象限および第４象限においては、原点に最も近い信号点を１つの頂点とし、原点と原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線に直交する底辺を有する正三角形と、この正三角形と底辺を共有する他の正三角形との各頂点が信号点となっている。このような位置に配置された１６個の信号点は、「００００」から「１１１１」までの１６通りの４ビットの系列のいずれかに対応しており、各信号点に対応する位相・振幅のシンボルによって４ビットの系列が伝送されることになる。なお、信号点に対するビット系列の割り当てについては、１６通りのビット系列のうち上位２ビットが共通する４通りずつのビット系列が同一の象限の信号点に割り当てられることが望ましい。【００２３】
各象限内の原点に最も近い信号点が形成する２つの正三角形は合同であり、これら２つの正三角形を除く８個の正三角形もすべて合同である。したがって、各象限内において、正三角形の辺の両端に位置する信号点間の距離はすべて等しい。そして、原点に最も近い信号点が形成する２つの正三角形の１辺は、その他の８個の正三角形の１辺よりも長い。また、コンスタレーションにおいて、各信号点の原点からの距離はシンボルの振幅に対応しているが、図３に示すコンスタレーションにおける１６個の信号点の原点からの距離の２乗値の平均値は、通常の１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける１６個の信号点の原点からの距離の２乗値の平均値に等しくなっている。すなわち、変形１６ＱＡＭによるシンボルと通常の１６ＱＡＭによるシンボルとの平均送信電力は等しい。【００２４】
換言すれば、変形１６ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力を通常の１６ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力と等しくすると、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいて、象限内に形成される正三角形の１辺よりも原点に最も近い信号点が形成する２つの正三角形の１辺の方が長くなる。【００２５】
変形１６ＱＡＭ変調部１２０は、符号化部１１０から出力されるビット系列を４ビットずつ上記のコンスタレーションのいずれかの信号点に割り当て、信号点の位置に対応する位相・振幅のシンボルを生成する。【００２６】
無線送信処理部１３０は、変形１６ＱＡＭ変調部１２０によって変調されて得られたシンボル系列に対してＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理を実行し、アンテナを介して送信する。【００２７】
次いで、変形１６ＱＡＭ変調部１２０における変調の際に用いられる変形１６ＱＡＭのコンスタレーションについて、図４を参照してさらに具体的に説明する。【００２８】
図４に示すように、第１〜４象限においては、それぞれ４つの信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成している。具体的には、第１象限においては、信号点Ａ0、Ａ1、Ａ3および信号点Ａ0、Ａ2、Ａ3がそれぞれ２つの正三角形を形成し、第２象限においては、信号点Ｂ0、Ｂ1、Ｂ3および信号点Ｂ0、Ｂ2、Ｂ3がそれぞれ２つの正三角形を形成し、第３象限においては、信号点Ｃ0、Ｃ1、Ｃ3および信号点Ｃ0、Ｃ2、Ｃ3がそれぞれ２つの正三角形を形成し、第４象限においては、信号点Ｄ0、Ｄ1、Ｄ3および信号点Ｄ0、Ｄ2、Ｄ3がそれぞれ２つの正三角形を形成している。これらの正三角形の１辺の長さは、すべてαであるものとする。【００２９】
また、各象限におけるＩＱ平面の原点に最も近い４つの信号点Ａ0、Ｂ1、Ｃ3、Ｄ2は、辺Ｂ1Ｄ2を共有する２つの正三角形を形成している。原点から第１象限および第３象限における原点に最も近い信号点Ａ0、Ｃ3までの距離をβとし、原点から第２象限および第４象限における原点に最も近い信号点Ｂ1、Ｄ2までの距離をγ（＝β／√３）とすると、原点に最も近い信号点によって形成される正三角形Ａ0Ｂ1Ｄ2および正三角形Ｃ3Ｂ1Ｄ2の１辺の長さは、２γとなる。なお、上述したように、変形１６ＱＡＭによって変調されるシンボルの平均送信電力が通常の１６ＱＡＭによって変調されるシンボルの平均送信電力と等しい場合には、これらの２つの正三角形は、各象限内に形成される８個の正三角形よりも大きいため、α＜２γが成立する。【００３０】
本実施の形態に係るコンスタレーションは、Ｉ軸およびＱ軸に対して４５度の角度をなす直線Ｑ＝Ｉおよび直線Ｑ＝−Ｉに関して線対称となっている。そして、第１象限の信号点Ａ0、Ａ3および第３象限の信号点Ｃ0、Ｃ3は、直線Ｑ＝Ｉ上に配置されており、線分Ａ0Ａ3および線分Ｃ0Ｃ3は、それぞれの象限内の２つの正三角形によって共有される１辺となっている。したがって、図示しない線分Ａ1Ａ2および線分Ｃ1Ｃ2は、それぞれ線分Ａ0Ａ3および線分Ｃ0Ｃ3に直交している。【００３１】
一方、第２象限の信号点Ｂ1、Ｂ2および第４象限の信号点Ｄ1、Ｄ2は、直線Ｑ＝−Ｉ上に配置されており、図示しない線分Ｂ1Ｂ2および線分Ｄ1Ｄ2は、それぞれの象限内の２つの正三角形によって共有される辺Ｂ0Ｂ3および辺Ｄ0Ｄ3に直交している。したがって、図示しない線分Ａ1Ａ2および線分Ｃ1Ｃ2は、それぞれ線分Ａ0Ａ3および線分Ｃ0Ｃ3に直交している。【００３２】
このように、本実施の形態に係るコンスタレーションでは、各象限内において４つの信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成しており、さらに４つの象限それぞれにおける原点から最も近い４つの信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成している。そして、各象限内の正三角形の１辺の長さはαであるのに対し、原点から最も近い信号点によって形成される正三角形の１辺の長さは２γであるため、各象限内の信号点間距離は少なくともα以上であり、象限間の信号点間距離は少なくとも２γ以上である。つまり、通常の１６ＱＡＭでは、象限内の信号点間距離および象限間の信号点間距離はすべて同一であったのに対し、変形１６ＱＡＭでは、象限内の信号点間距離および象限間の信号点間距離が異なっている。ここで、上述したようにα＜２γであるとともに、象限内の信号点間距離は下位２ビットの復調精度に関連し、象限間の信号点間距離は上位２ビットの復調精度に関連するため、本実施の形態に係る変形１６ＱＡＭによれば、上位２ビットの復調精度を下位２ビットの復調精度よりも優遇することができる。【００３３】
ところで、図４に示す変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点Ａ0〜Ａ3および信号点Ｂ0〜Ｂ3のＩ成分およびＱ成分をα、β、およびγを用いて表すと以下のようになる。
【数１】
2010038274.tif 000003
【００３４】
【数２】
2010038274.tif 000004
【００３５】
これらの各信号点と原点との距離は、信号点に対応するシンボルの振幅を示している。換言すれば、原点から離れた信号点に対応するシンボルほど振幅が大きく、送信電力が大きくなる。本実施の形態においては、変形１６ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力を、通常の１６ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力と等しくしている。そこで、平均送信電力を１とし、各象限内の信号点間距離αおよび通常の１６ＱＡＭにおける信号点間距離をいずれも２／√１０とした場合の信号点Ａ0〜Ａ4および信号点Ｂ0〜Ｂ4のＩ成分およびＱ成分を図５に示す。なお、図５においては、比較のために、通常の１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点のＩ成分およびＱ成分も示している。【００３６】
図５において、例えば信号点Ａ0Ａ1間の距離を算出すると、通常１６ＱＡＭについては、以下のようになる。
【数３】
2010038274.tif 000005
【００３７】
通常１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、すべての信号点間距離が上記の値で一定である。一方、変形１６ＱＡＭについては、信号点Ａ0Ａ1間の距離は以下のようになり、通常１６ＱＡＭと変形１６ＱＡＭとの最短の信号点間距離が等しいことが確かめられる。
【数４】
2010038274.tif 000006
【００３８】
つまり、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける象限内の最短の信号点間距離と通常１６ＱＡＭのコンスタレーションにおける最短の信号点間距離とが等しいことから、いずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングされる４ビットのうち、下位２ビットの復調精度は、通常１６ＱＡＭでも変形１６ＱＡＭでも同等であることがわかる。【００３９】
さらに、図５に示した通常１６ＱＡＭおよび変形１６ＱＡＭの８個ずつの信号点について、それぞれＩ成分とＱ成分の２乗和を算出すると、通常１６ＱＡＭおよび変形１６ＱＡＭのどちらについてもおよそ８となる。信号点のＩ成分とＱ成分の２乗和は、シンボルの送信電力に対応するため、８個の信号点に関する２乗和が８となることから、通常１６ＱＡＭおよび変形１６ＱＡＭの双方について平均送信電力が１であることが確かめられる。【００４０】
ここで、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、象限間の信号点間距離は、象限内の信号点間距離αよりも大きい２γであることから、変形１６ＱＡＭによれば、下位２ビットの復調精度および平均送信電力を通常１６ＱＡＭと同等としながら、上位２ビットの復調精度が向上することがわかる。すなわち、変形１６ＱＡＭによれば、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる。【００４１】
具体的には、変形１６ＱＡＭの例えば信号点Ａ0Ｂ1間の距離を算出すると、以下のようになる。
【数５】
2010038274.tif 000007
【００４２】
つまり、象限が異なる信号点Ａ0および信号点Ｂ1の間の信号点間距離は、通常の１６ＱＡＭにおける信号点間距離よりも約７％程度大きくなっており、上位２ビットについては、通常の１６ＱＡＭよりも変形１６ＱＡＭによって変調される方が復調精度が高くなる。【００４３】
次に、本実施の形態に係るシンボルの復調について説明する。図６は、本実施の形態に係る無線受信装置２００の要部構成を示すブロック図である。同図に示す無線受信装置２００は、無線受信処理部２１０、変形１６ＱＡＭ復調部２２０、および復号部２３０を有している。【００４４】
無線受信処理部２１０は、アンテナを介してシンボル系列を受信し、受信されたシンボル系列に対してダウンコンバートおよびＡ／Ｄ変換などの無線受信処理を実行する。【００４５】
変形１６ＱＡＭ復調部２２０は、無線受信処理部２１０によって受信されたシンボルを復調する。具体的には、変形１６ＱＡＭ復調部２２０は、図７に太線で示す判定軸を用いてシンボルにマッピングされた上位２ビットを復調し、図８に太線で示す判定軸を用いてシンボルにマッピングされた下位２ビットを復調する。すなわち、変形１６ＱＡＭ復調部２２０は、１つのシンボルから４ビットのビット系列を取得し、復号部２３０へ出力する。【００４６】
図７に示す上位２ビットの判定軸は、象限が異なりかつ最も接近している２信号点間の中点を結んで得られる直線群を含んでいる。これらの判定軸によって分割されて得られる４つの領域は、それぞれ上位２ビットが「００」、「０１」、「１０」、「１１」の領域となっている。上述したように、象限間の信号点間距離は、象限内の信号点間距離よりも大きいため、フェージングなどの影響によりシンボルの位相・振幅が変動しても、シンボルに対応する信号点の位置が図７に示した判定軸を超えて移動する可能性は低い。このため、変形１６ＱＡＭによって変調されたシンボルの上位２ビットは、下位２ビットよりも精度良く復調することができる。【００４７】
また、図８に示す下位２ビットの判定軸は、上位２ビットの判定軸に加え、象限内の最も接近している２信号点間の中点を結んで得られる直線群を含んでいる。上述したように、象限内の信号点間距離は、通常の１６ＱＡＭにおける信号点間距離に等しいため、下位２ビットの復調精度は、シンボルが変形１６ＱＡＭで変調されても通常の１６ＱＡＭで変調されても変わらない。【００４８】
復号部２３０は、変形１６ＱＡＭ復調部２２０から出力されるビット系列を誤り訂正復号し、得られた情報ビットを出力する。【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、ＩＱ平面の各象限内に配置される４つの信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成し、各象限の原点に最も近い信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを有する変形１６ＱＡＭによって送信ビット系列を変調する。また、変形１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、象限内に形成される正三角形の１辺よりも、原点に最も近い信号点によって形成される正三角形の１辺の方が大きい。このため、象限内の４つの信号点に同一の上位２ビットを割り当てておくことにより、上位２ビットに関する信号点間距離が下位２ビットに関する信号点間距離よりも大きくなり、下位２ビットに比べて上位２ビットの復調精度を向上することができる。また、上位２ビットの復調精度を向上しても、下位２ビットに関する信号点間距離およびシンボルの平均送信電力を通常の１６ＱＡＭと等しくすることができ、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる。【００５０】
なお、上記実施の形態１においては、第１象限および第３象限の原点に最も近い信号点が第２象限および第４象限の原点に最も近い信号点よりも原点から離れているコンスタレーションを用いるものとしたが、このコンスタレーションの鏡像を用いても良い。すなわち、例えば図９に示すように、第１象限および第３象限の原点に最も近い信号点が第２象限および第４象限の原点に最も近い信号点よりも原点に近いコンスタレーションを用いても良い。【００５１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、１シンボルで６ビットを伝送する６４ＱＡＭのコンスタレーションを変形し、変形されたコンスタレーションを用いる変形６４ＱＡＭにより、上位２ビットの復調精度を下位４ビットの復調精度よりも優遇することである。【００５２】
図１０は、本実施の形態に係る無線送信装置３００の要部構成を示すブロック図である。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す無線送信装置３００は、図２に示す無線送信装置１００の変形１６ＱＡＭ変調部１２０を変形６４ＱＡＭ変調部３１０に変更した構成を有している。【００５３】
変形６４ＱＡＭ変調部３１０は、符号化部１１０から出力されるビット系列を６ビットずつシンボルマッピングして変調する。このとき、変形６４ＱＡＭ変調部３１０は、例えば図１１に示すコンスタレーションを有する変形６４ＱＡＭによってビット系列を変調する。すなわち、変形６４ＱＡＭ変調部３１０は、ＩＱ平面のＩ軸およびＱ軸に対して４５度傾いた線分を底辺として共有し、底辺の中点がＩＱ平面の原点に一致する２つの正三角形の各頂点を４つの象限それぞれにおける原点に最も近い信号点とし、各象限内では、全体の輪郭が原点に最も近い信号点を１つの頂点とする菱形形状を有し、それぞれ１辺を共有して隣接する１８個の正三角形の各頂点を信号点としたコンスタレーションによってビット系列を変調する。【００５４】
なお、図１１において、例えば信号点Ａ3、Ａ12は、第１象限に含まれておらず、それぞれ第４象限および第２象限に含まれているが、本実施の形態においては、便宜上、これらの信号点Ａ3、Ａ12も第１象限内の信号点であるものとして説明する。すなわち、原点に最も近い信号点が含まれる象限内に、この信号点を１つの頂点とする菱形形状内の１６個の信号点が含まれるものとする。同様に、これらの１６個の信号点によって形成される１８個の正三角形も、同一の象限内に形成されているものとして説明する。【００５５】
図１１に示した例では、第１象限、第２象限、および第４象限それぞれの原点に最も近い信号点が正三角形を形成し、第２象限、第３象限、および第４象限それぞれの原点に最も近い信号点が正三角形を形成している。【００５６】
そして、第１象限および第３象限においては、原点と原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線が短い方の対角線となる菱形形状を形成する１８個の正三角形の各頂点が信号点となっている。また、第２象限および第４象限においては、原点と原点に最も近い信号点とを結ぶ直線の延長線が長い方の対角線となる菱形形状を形成する１８個の正三角形の各頂点が信号点となっている。このような位置に配置された６４個の信号点は、「００００００」から「１１１１１１」までの６４通りの６ビットの系列のいずれかに対応しており、各信号点に対応する位相・振幅のシンボルによって６ビットの系列が伝送されることになる。なお、信号点に対するビット系列の割り当てについては、６４通りのビット系列のうち上位２ビットが共通する１６通りずつのビット系列が同一の象限の信号点に割り当てられることが望ましい。【００５７】
各象限内の原点に最も近い信号点が形成する２つの正三角形は合同であり、これら２つの正三角形を除く７２（＝１８×４）個の正三角形もすべて合同である。したがって、各象限内において、正三角形の辺の両端に位置する信号点間の距離はすべて等しい。そして、原点に最も近い信号点が形成する２つの正三角形の１辺は、その他の７２個の正三角形の１辺よりも長い。また、コンスタレーションにおいて、各信号点の原点からの距離はシンボルの振幅に対応しているが、図１１に示すコンスタレーションにおける６４個の信号点の原点からの距離の２乗値の平均値は、通常の６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける６４個の信号点の原点からの距離の２乗値の平均値に等しくなっている。すなわち、変形６４ＱＡＭによるシンボルと通常の６４ＱＡＭによるシンボルとの平均送信電力は等しい。【００５８】
変形６４ＱＡＭ変調部３１０は、符号化部１１０から出力されるビット系列を６ビットずつ上記のコンスタレーションのいずれかの信号点に割り当て、信号点の位置に対応する位相・振幅のシンボルを生成する。【００５９】
本実施の形態に係るコンスタレーションでは、各象限内において１６個の信号点が全体として菱形形状の輪郭を有する１８個の正三角形を形成しており、さらに４つの象限それぞれにおける原点から最も近い４つの信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成している。ここで、実施の形態１と同様に、象限内の７２個の正三角形の１辺の長さをすべてαとし、原点から第１象限および第３象限における原点に最も近い信号点までの距離をβとし、原点から第２象限および第４象限における原点に最も近い信号点までの距離をγ（＝β／√３）とする。この場合、実施の形態１と同様に、原点に最も近い信号点によって形成される２つの正三角形は、各象限内に形成される７２個の正三角形よりも大きいため、α＜２γが成立する。【００６０】
すなわち、各象限内の正三角形の１辺の長さはαであるのに対し、原点から最も近い信号点によって形成される正三角形の１辺の長さは２γであるため、各象限内の信号点間距離は少なくともα以上であり、象限間の信号点間距離は少なくとも２γ以上である。つまり、通常の６４ＱＡＭでは、象限内の信号点間距離および象限間の信号点間距離はすべて同一であったのに対し、変形６４ＱＡＭでは、象限内の信号点間距離および象限間の信号点間距離が異なっている。ここで、上述したようにα＜２γであるとともに、象限内の信号点間距離は下位４ビットの復調精度に関連し、象限間の信号点間距離は上位２ビットの復調精度に関連するため、本実施の形態に係る変形６４ＱＡＭによれば、上位２ビットの復調精度を下位４ビットの復調精度よりも優遇することができる。【００６１】
ところで、図１１に示す変形６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点Ａ0〜Ａ15および信号点Ｂ0〜Ｂ15のＩ成分およびＱ成分をα、β、およびγを用いて表すと以下のようになる。
【数６】
2010038274.tif 000008
【００６２】
【数７】
2010038274.tif 000009
【００６３】
これらの各信号点と原点との距離は、信号点に対応するシンボルの振幅を示している。換言すれば、原点から離れた信号点に対応するシンボルほど振幅が大きく、送信電力が大きくなる。本実施の形態においては、変形６４ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力を、通常の６４ＱＡＭによるシンボルの平均送信電力と等しくしている。そこで、平均送信電力を１とし、各象限内の信号点間距離αおよび通常の６４ＱＡＭにおける信号点間距離をいずれも２／√４２とした場合の信号点Ａ0〜Ａ15および信号点Ｂ0〜Ｂ15のＩ成分およびＱ成分を図１２に示す。なお、図１２においては、比較のために、通常の６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける信号点のＩ成分およびＱ成分も示している。【００６４】
図１２において、例えば信号点Ａ0Ａ1間の距離を算出すると、通常６４ＱＡＭについては、以下のようになる。
【数８】
2010038274.tif 000010
【００６５】
通常６４ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、すべての信号点間距離が上記の値で一定である。一方、変形６４ＱＡＭについては、信号点Ａ0Ａ1間の距離は以下のようになり、通常６４ＱＡＭと変形６４ＱＡＭとの最短の信号点間距離が等しいことが確かめられる。
【数９】
2010038274.tif 000011
【００６６】
つまり、変形６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける象限内の最短の信号点間距離と通常６４ＱＡＭのコンスタレーションにおける最短の信号点間距離とが等しいことから、いずれかの信号点に対応するシンボルにマッピングされる６ビットのうち、下位４ビットの復調精度は、通常６４ＱＡＭでも変形６４ＱＡＭでも同等であることがわかる。【００６７】
さらに、図１２に示した通常６４ＱＡＭおよび変形６４ＱＡＭの３２個ずつの信号点について、それぞれＩ成分とＱ成分の２乗和を算出すると、通常６４ＱＡＭおよび変形６４ＱＡＭのどちらについてもおよそ３２となる。信号点のＩ成分とＱ成分の２乗和は、シンボルの送信電力に対応するため、３２個の信号点に関する２乗和が３２となることから、通常６４ＱＡＭおよび変形６４ＱＡＭの双方について平均送信電力が１であることが確かめられる。【００６８】
ここで、変形６４ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、象限間の信号点間距離は、象限内の信号点間距離αよりも大きい２γであることから、変形６４ＱＡＭによれば、下位４ビットの復調精度および平均送信電力を通常６４ＱＡＭと同等としながら、上位２ビットの復調精度が向上することがわかる。すなわち、変形６４ＱＡＭによれば、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる。【００６９】
具体的には、変形６４ＱＡＭの例えば信号点Ａ0Ｂ3間の距離を算出すると、以下のようになる。
【数１０】
2010038274.tif 000012
【００７０】
つまり、象限が異なる信号点Ａ0および信号点Ｂ3の間の信号点間距離は、通常の６４ＱＡＭにおける信号点間距離よりも約１１％程度大きくなっており、上位２ビットについては、通常の６４ＱＡＭよりも変形６４ＱＡＭによって変調される方が復調精度が高くなる。【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、ＩＱ平面の各象限内に配置される１６個の信号点が全体として菱形形状の輪郭を有する１８個の正三角形を形成し、各象限の原点に最も近い信号点が１辺を共有する２つの正三角形を形成するコンスタレーションを有する変形６４ＱＡＭによって送信ビット系列を変調する。また、変形６４ＱＡＭのコンスタレーションにおいては、象限内に形成される正三角形の１辺よりも、原点に最も近い信号点によって形成される正三角形の１辺の方が大きい。このため、象限内の１６個の信号点に同一の上位２ビットを割り当てておくことにより、上位２ビットに関する信号点間距離が下位４ビットに関する信号点間距離よりも大きくなり、下位４ビットに比べて上位２ビットの復調精度を向上することができる。また、上位２ビットの復調精度を向上しても、下位４ビットに関する信号点間距離およびシンボルの平均送信電力を通常の６４ＱＡＭと等しくすることができ、送信電力の増大を抑制しつつ、送信されるシンボルの復調精度を向上することができる。【００７２】
なお、上記各実施の形態においては、階層変調方式において変形１６ＱＡＭまたは変形６４ＱＡＭのコンスタレーションが用いられることを前提としたため、コンスタレーションの象限ごとの複数（４つまたは１６個）の信号点に同一の上位２ビットが割り当てられている。しかし、本発明は、階層変調方式以外にも適用することが可能であり、象限内の信号点間距離に比べて象限間の信号点間距離が大きいことから、通常のコンスタレーションよりも象限間の信号点間距離が大きくなった分、平均送信電力を増大させることなく全体として復調精度を向上することが可能である。【００７３】
また、上記各実施の形態においては、変形１６ＱＡＭおよび変形６４ＱＡＭについて説明したが、同様の考え方で変形２５６ＱＡＭなどの変形２nＱＡＭ（ｎは２以上の整数）のコンスタレーションを適用した変調を行うことも可能である。変形２nＱＡＭのコンスタレーションでは、各象限内に２(n-2)個の信号点が配置され、信号点によって各象限内に形成される正三角形の数Ｔは、以下のようになる。
【数１１】
2010038274.tif 000013
したがって、例えば変形２５６（＝２8）ＱＡＭのコンスタレーションでは、各象限内に６４個の信号点が配置され、９８個の正三角形が形成される。
【図１】
2010038274.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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