(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＱＰＳＫ波と、第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波と、２つのＢＰＳＫ波のうちの１つを空間で重畳合成して形成される信号空間配置であり、Ｎは３以上の整数であって、電力を正規化したとき、信号点間の最小の幾何距離が最大になるように、
（１）（前記第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波の半径）／（前記第１のＱＰＳＫ波の半径）、及び、（前記ＢＰＳＫ波の半径）／（前記第１のＱＰＳＫ波の半径）を調整し、かつ、前記第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波の相対位相角は等しく、前記２つのＢＰＳＫ波は位相角を＋／−（π／４）回転させた２種のＢＰＳＫ波を有し、伝送する情報に応じて、前記２種のＢＰＳＫ波のいずれかを選択すること、あるいは、
（２）前記第１のＱＰＳＫ波と、前記第２のＱＰＳＫ波のみと、前記２つのＢＰＳＫ波のうちの１つで構成され、前記第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２のＱＰＳＫ波の位相角及び前記ＢＰＳＫ波の２種の位相角をさらに同時に同量回転させることを特徴とする変復調方法。
【請求項２】
前記第１及び第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波をオフセットＱＰＳＫ波に、前記ＢＰＳＫ波をオフセットＢＰＳＫ波に変更した構成とすることを特徴とする請求項１に記載の変復調方法。
【請求項３】
ＱＰＳＫ変調又はＢＰＳＫ変調する前に、情報ビットストリームに誤り訂正符号を適用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変復調方法。
【請求項４】
２種以上の誤り訂正符号を使用し、１つの誤り訂正符号器ともう１つの誤り訂正符号器の間に、インターリーバを設置し、符号を撹拌する機能を備えたことを特徴とする請求項３に記載の変復調方法。
【請求項５】
隣接する信号点間の符号間距離が最少となるように符号変換を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変復調方法。
【請求項６】
変調後の電力増幅器の非線形特性を考慮して前置歪補償を施した信号配置とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変復調方法。
【請求項７】
電力増幅器非線形特性の歪を受けた後に最小の幾何距離が最大になるように、信号配置の半径と相対位相関係を伝送特性が最適となるように調整することを特徴とする請求項６に記載の変復調方法。
【請求項８】
受信側において、既知信号を送信して空間重畳に伴う振幅あるいは位相誤差を推定して、この推定誤差をもとに修正した信号空間配置を用いて復調することを特徴とする請求項１に記載の変復調方法。
【請求項９】
前記第１のＱＰＳＫ波と、前記第２のＱＰＳＫ波のみと、前記２つのＢＰＳＫ波で構成され、前記第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２のＱＰＳＫ波の位相角及び前記ＢＰＳＫ波の位相角を反時計回りに１４度回転させたことを特徴とする請求項１に記載の変復調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信に使用する変調・復調に関して、特に帯域が制限された伝送路において高速通信を実現する場合に有効な多値変調波を、高効率に電力増幅を実現する変復調（変調・復調）の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の多値変調方式の１つである３２値振幅位相変調（３２ＡＰＳＫ）の３２種の信号の振幅と位相を示す信号点配置を示している。多重リング状に３２の信号点が配置されている。一方、図２は、従来の３２値直交振幅変調（３２ＱＡＭ）波の信号点配置図であり、信号点が格子状に配置されている。これらの３２値振幅位相変調及び３２値直交振幅変調のいずれも変調の単位である１シンボルで５ビットの伝送が可能であり、（２５）＝３２種の情報データが伝送可能である多値変調信号波である。
【０００３】
図３は、ワイヤレス通信のシステム構成例を示している。図３（ａ）に示す送信側では、伝送すべき情報をｅｎｃｏｄｅｒにて符号化し、さらに誤り訂正符号によりチャネル符号化される。その後、情報ビットをＭｏｄｕｌａｔｏｒで変調し、周波数を変換した後、電力増幅器（ＨＰＡ）で電力を高めてアンテナから送信する。図３（ｂ）に示す受信側では、低雑音増幅器（ＬＮＡ）で増幅後、復調器（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）でベースバンド信号を取り出し、Ｄｅｃｏｄｅｒで符号化された情報の復号を行い、伝送された情報を取り出す。
【０００４】
図４は、従来技術の３２ＡＰＳＫのシステム構成例を示している。この例では、送信部において、送信データである５ビットの情報をＳ／Ｐで並列分割し、誤り訂正符号化を行った後、ＭＡＰＰＥＲ、ＣＯＮＳＴＥＬＬＡＴＩＯＮ  ＧＥＮＥＲＡＴＯＲで図１に示す３重の同心円上に信号点を配置し、Ｉチャネル信号とＱチャネル信号用の２チャネルの信号を出力する。その後、帯域制限・整形フィルタ（ＳＲＲＣ  ｆｉｌｔｅｒ）を通過後に、直交する２つの搬送波（ｃｏｓ（ｗｔ），−ｓｉｎ（ｗｔ））でＩチャネル信号とＱチャネル信号の積を取り、周波数を変換した後、電力増幅器（ＨＰＡ）で増幅し、アンテナから送信する構成である。また、受信部では、低雑音増幅器（ＬＮＡ）で増幅後、搬送波を掛けて、ｂａｓｅｂａｎｄ信号を取り出し、ＳＲＲＣ  ｆｉｌｔｅｒで帯域制限・整形を施し、Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒにて復調する。その後、Ｄｅｃｏｄｅｒで復号し、Ｐ／Ｓで並列・直列変換を行い、伝送情報を取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許７，２３９，６６８号明細書
【特許文献２】米国特許７，１２３，６６３号明細書
【特許文献３】米国特許７，９６１，８１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５と図６は電力増幅器（ＨＰＡ）の特性例を示している。図５は、入力信号電力（Ｐｉｎ（単位ｄＢ））に対する出力信号電力（Ｐｏｕｔ（単位ｄＢ））と電力効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を示している。図５に示すように、入力電力が大きくなるにつれて出力電力が大きくなり、電力効率も増加する。出力が飽和を呈する領域の直前近傍で効率は最大となる。
【０００７】
図６は、入力信号電力（Ｐｉｎ）に対する出力信号電力（Ｐｏｕｔ、ＡＭ／ＡＭ変換）（図６（ａ））と、位相（Ｐｈａｓｅ）の変化（ＡＭ／ＰＭ変換）（図６（ｂ））を示している。効率を高めるために入力信号電力を高めると、出力信号電力が圧縮される（ＡＭ／ＡＭ変換）こと、及び、通過位相が変化（ＡＭ／ＰＭ変換）することが分かる。
【０００８】
３２ＡＰＳＫ信号波や３２ＱＡＭ信号は、振幅の値が一定ではなく、時間的に変動するために、図６に示すＨＰＡのＡＭ／ＡＭ変換およびＡＭ／ＰＭ変換を受けて、信号点配置が変形する。図７にＨＰＡの高効率動作が期待できる出力バックオフ点ＯＢＯ＝１．５ｄＢにおける受信側での信号点配置を示す。熱雑音はなく、ＨＰＡの非線形特性の影響のみを示している。このため、受信側では、正しく元の信号を復調することができずに誤り率が増加する問題点がある。
【０００９】
多値変調信号を電力増幅する際、増幅器の非線形特性による伝送性能劣化を抑えるために、図５に示す飽和点から十分出力を下げ（出力バックオフ）、線形性が良好となる動作点で運用することが行われている。しかし、図５に示したように、この場合には電力増幅器の効率が低下する欠点がある。さらに所望の出力を得るためには、より高出力の電力増幅器が必要となり、また消費電力が増加すること、電源が大容量となること、熱対策のハードウエアが必要となる等、システムが高価になる欠点がある。
【００１０】
そこで本発明は、複数の電力増幅器を高効率が可能な飽和領域で動作可能とし、電力消費量を低減でき、電源の低容量化、熱制御の簡単化により通信システムの送信系構築を経済的に達成できる変復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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の変復調方法は、従来技術の上記課題を解決するために考案したものであって、第１のＱＰＳＫ波と、第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波と、２つのＢＰＳＫ波のうちの１つを空間で重畳合成して形成される信号空間配置であり、Ｎは３以上の整数であって、電力を正規化したとき、信号点間の最小の幾何距離が最大になるように、（１）（前記第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波の半径）／（前記第１のＱＰＳＫ波の半径）、及び、（前記ＢＰＳＫ波の半径）／（前記第１のＱＰＳＫ波の半径）を調整し、かつ、前記第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波の相対位相角は等しく、前記２つのＢＰＳＫ波は位相角を＋／−（π／４）回転させた２種のＢＰＳＫ波を有し、伝送する情報に応じて、前記２種のＢＰＳＫ波のいずれかを選択すること、あるいは、
（２）前記第１のＱＰＳＫ波と、前記第２のＱＰＳＫ波のみと、前記２つのＢＰＳＫ波のうちの１つで構成され、前記第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２のＱＰＳＫ波の位相角及び前記ＢＰＳＫ波の２種の位相角をさらに同時に同量回転させることを特徴としている。
【００１２】
より具体的には、電力増幅器の非線形特性の影響を抑えるために、図１の３２ＡＰＳＫ又は図２に示す３２ＱＡＭ等の信号空間配置に変えて、少なくとも１つの４相位相変調（ＱＰＳＫ）波又はオフセットＱＰＳＫ（ＯＱＰＳＫ）波と、１つの２相位相変調（ＢＰＳＫ）波又はオフセットＢＰＳＫ（ＯＢＰＳＫ）波で重畳合成して形成する構成として、多値変調波を従来技術の図３、４に示すようにＨＰＡで一括に電力増幅する代わりに、複数の振幅変動の小さいＱＰＳＫ変調波とＢＰＳＫ変調波に分割し、各々を個別に高効率電力増幅する構成をなし、重畳合成している。このため、増幅器の非線形特性により信号空間配置の変形を受けにくく、高効率電力増幅が可能となる。
【００１３】
空間で電力合成する場合には、受信側が一点ではなく、広い地域をカバーする場合には、利得と位相に重畳誤差を伴う。これらの影響を小さくするために、変調側では、重畳するＱＰＳＫ波とＢＰＳＫ波の信号レベルを調整し、復調側では、利得と位相誤差を推測する機能を備え、利得誤差と位相誤差を算出し、変調時の信号空間配置に対して、推測した利得誤差、位相誤差をもとに変形した信号空間配置を求め、この配置に基づいて復調を行うようにした。
【００１４】
本発明の変復調方法においては、第１及び第２あるいは第Ｎまでの複数のＱＰＳＫ波をオフセットＱＰＳＫ波に、ＢＰＳＫ波をオフセットＢＰＳＫ波に変更した構成とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明の変復調方法においては、ＱＰＳＫ変調又はＢＰＳＫ変調する前に、情報ビットストリームに誤り訂正符号を適用したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の変復調方法においては、２種以上の誤り訂正符号を使用し、１つの誤り訂正符号器ともう１つの誤り訂正符号器の間に、インターリーバを設置し、符号を撹拌する機能を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の変復調方法においては、隣接する信号点間の符号間距離が最少となるように符号変換を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の変復調方法においては、変調後の電力増幅器の非線形特性を考慮して前置歪補償を施した信号配置とすることを特徴とする。
【００１９】
本発明の変復調方法においては、電力増幅器非線形特性の歪を受けた後に最小の幾何距離が最大になるように、信号配置の半径と相対位相関係を伝送特性が最適となるように調整することを特徴とする。
【００２０】
本発明の変復調方法においては、受信側において、既知信号を送信して空間重畳に伴う振幅あるいは位相誤差を推定して、この推定誤差をもとに修正した信号空間配置を用いて復調することを特徴とする。
本発明の変復調方法においては、前記第１のＱＰＳＫ波と、前記第２のＱＰＳＫ波のみと、前記２つのＢＰＳＫ波で構成され、第１のＱＰＳＫ波に対する、前記第２のＱＰＳＫ波の位相角及び前記ＢＰＳＫ波の位相角を反時計回りに１４度回転させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、複数の電力増幅器を高効率が可能な飽和領域で動作可能とし、電力消費量を低減でき、電源の低容量化、熱制御の簡単化により通信システムの送信系構築を経済的に達成できる。また、変形した信号配置、重畳誤差を推測する機能を追加することにより、重畳誤差の影響が小さくなり、誤り率が低下し、送信電力の低減、低消費電力化に一層効果がある。さらに、従来の多重円上に信号点を配置した信号空間配置に比べて、電力増幅器の非線形特性に起因する伝送特性劣化が減少し、電力増幅器を高効率動作が可能となり、低消費電力化を大幅に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】多重リング状に配置した従来の３２ＡＰＳＫの信号空間配置の例を示す図である。
【図２】格子状に配置した従来の３２ＱＡＭの信号空間配置の例を示す図である。
【図３】ワイヤレス通信システムの全体構成図である。
【図４】従来技術のシステム構成図である。
【図５】典型的な電力増幅器の入出力特性と電力効率特性を示す図である。
【図６】電力の非線形特性例を示す図である。
【図７】従来技術の３２ＡＰＳＫ信号波がＨＰＡの非線形特性による信号点配置の変形を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る３２ＡＰＳＫの信号空間配置を示す図である。
【図９】本発明の実施形態において２つのＱＰＳＫ信号と１つのＢＰＳＫ信号の合成による信号空間配置を実現する形成方法を示す図である。
【図１０】電力で正規化したときのＱＰＳＫ−１の半径ｒ１、ＱＰＳＫ−２の半径ｒ２、とＢＰＳＫの半径ｒ３の値と、信号点の幾何最小距離の関係を示すグラフである。
【図１１】ＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫの位相を同時に回転させたときの（Dp＾２）／Ｐｏｕｔとそのときの振幅比ｒ２／ｒ１とｒ３／ｒ１の関係を示すグラフである。
【図１２】ＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２の位相角Ｔｈ２＝１４度，  ＢＰＳＫの位相角Ｔｈ３を独立に回転させたときの（Dp＾２）／Ｐｏｕｔとそのときの振幅比ｒ２／ｒ１とｒ３／ｒ１の関係を示すグラフである。
【図１３】ＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫを共に１４度反時計まわりに回転させ，Dp＾２／Ｐｏｕｔが改善される信号空間配置を示す図である。
【図１４】３波を個別に送信して空間重畳合成して３２ＡＰＳＫを実現するシステム構成例を示す図である。
【図１５】ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２、及び、ＢＰＳＫに割り当てる信号点配置の実施例を示す図である。
【図１６】アンテナ間の距離による受信点における位相誤差の発生を説明する図である。
【図１７】空間重畳誤差を小さく抑えることが可能なフェーズドアレイアンテナシステムの構成例とアンテナ前方からの角度に対する３波空間重畳合成の利得誤差と位相誤差を示す図である。
【図１８】ＱＰＳＫ信号の振幅変動を低下させるＯＱＰＳＫ信号の原理と信号点の遷移状況を示す図である。
【図１９】ＯＢＰＳＫ波の原理を示す図である。
【図２０】ＯＢＰＳＫの信号点の軌跡を示すグラフである。
【図２１】ＯＱＰＳＫ波とＯＢＰＳＫ波を送信する送信系の構成の実施例を示す図である。
【図２２】重畳誤差の少ないフェーズドアレイアンテナを用いた空間重畳合成技術による３２ＡＰＳＫ変調の構成例を示す図である。
【図２３】連接誤り訂正符号とインターリーバを使用したシステムの構成例を示す図である。
【図２４】重畳誤差による信号点配置の変形を示す図である。
【図２５】重畳誤差を考慮して振幅を修正した信号点配置を示す図である。
【図２６】重畳誤差を推定するために使用する受信点Ｌ点とＭ点の例を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態を適用した３２ＡＰＳＫと従来方法の線形動作時と非線形動作時の伝送特性を比較して示す図である。
【図２８】電力増幅後の出力スペクトラムを比較して示す図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る８ＰＳＫの実施例を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る１２８ＡＰＳＫの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る変復調方法について図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜構成＞
図８は、本発明の実施形態に係る３２値の信号空間配置を示している。図９は、本実施形態において２つのＱＰＳＫ信号と１つのＢＰＳＫ信号の合成による信号空間配置を実現する形成方法を示している。
【００２４】
図９に示すように、図８に示した信号空間配置は、２つのＱＰＳＫ変調器（ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２）の出力と、１つのＢＰＳＫ変調器の出力（ＢＰＳＫ１又はＢＰＳＫ２）と、を重畳合成することで実現できる。３つの信号波の複素数表示を次式に示す。
【００２５】
【数１】
0005871362.tif 000002
【００２６】
この式において、ｒｉ、φｉ（ｉ＝１、２、３）は各ＱＰＳＫ信号とＢＰＳＫ信号の振幅と位相を示す。各々のＱＰＳＫとＢＰＳＫの出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はほぼ一定の振幅を有しており、ＡＭ変動が小さくなるために、この信号を別々に電力増幅器に入力すると図６に示す電力増幅器の非線形特性であるＡＭ／ＡＭ変換、ＡＭ／ＰＭ変換の影響を受け難くなる。
【００２７】
＜信号配置の最適化＞
図８に示すような信号点配置による伝送誤りは、伝送上の干渉波、熱雑音等により、伝送した信号点が隣接の信号点に変位するために、受信側で正しい信号点が識別できずに信号誤りが発生する。信号誤りを小さくするためには、同じ送信電力において、信号点配置における幾何学上の最小距離Ｄｐを大きくすることが重要である。図８に示す信号点配置における送信電力Ｐｏｕｔは次式で与えられる。
【００２８】
【数２】
0005871362.tif 000003
【００２９】
図１０は、電力で正規化したときのＱＰＳＫ−１の半径ｒ１、ＱＰＳＫ−２の半径ｒ２、及びＢＰＳＫの半径ｒ３の値と信号点の幾何最小距離との関係を示す図である。図１０（ａ）は、ｒ２／ｒ１を変化させたときの（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを、図１０（ｂ）は、ｒ３／ｒ１を変化させたときの（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを示している。
【００３０】
ｒ２／ｒ１、ｒ３／ｒ１を調整することにより、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを最大にすることが可能である。
ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２、ＢＰＳＫの相対的な位相関係を変化させ、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを最大とする最適な振幅比ｒ２／ｒ１とｒ３／ｒ１、ならびにそのときの最大（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを図１１、図１２に示す。図１１は、ＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２の位相角（Ｔｈ２）とＢＰＳＫの位相角（Ｔｈ３）を同時に同量回転させたときの（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔとそのときの振幅比ｒ２／ｒ１とｒ３／ｒ１を示している。図１１よりＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫの位相を反時計回りに１４度回転したときに、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔが最大となる。
【００３１】
図１２は、ＱＰＳＫ−２をＱＰＳＫ−１に対してＴｈ２＝１４度反時計回りに回転させ、ＢＰＳＫの位相角Ｔｈ３を独立に回転させたときの（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを示している。ＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫをＱＰＳＫ−１に対して共に１４度反時計回りに回転したときの配置が、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔが最大となる。
このように、振幅比と相対位相関係を調整することにより、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを高めることができる。このときの信号空間配置図を図１３に示す。
【００３２】
表１は従来の技術である３２ＡＰＳＫと本発明の実施形態に係る変調方法について、最適に信号配置を調整したときの（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔを比較したものである。また、表１は、３２値変調方式の送信電力を正規化したときの幾何最小距離を比較して示す図である。表１から、本実施形態の方が、（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔが高く、伝送特性が良好であることが分かる。
【００３３】
【表１】
0005871362.tif 000004
【００３４】
＜３波の信号波の重畳合成方法＞
各ＱＰＳＫ変調出力を合成する際に、マイクロ波回路による重畳では回路損失を伴うが、別々のアンテナを用いて空間で重畳合成することにより回路損失を伴わないで、重畳可能となる。
【００３５】
図１４は、３波を個別に送信して空間重畳合成して３２ＡＰＳＫを実現する本実施形態のシステムの構成例である。図１４（ａ）に示す送信側は、ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫの３個の変調器と３個の個別の電力増幅器とアンテナを有し、個別にＨＰＡで電力増幅した後に、別々のアンテナから送信し、３ビームを空間で重畳合成して、実現できる。伝送すべき入力情報ビット列をＳ／Ｐで直並列変換し、Ｅｎｃｏｄｅｒにおいて符号化し、さらに必要に応じて誤り訂正符号によりチャネル符号化される。その後、情報ビット列をＭａｐｐｅｒおよびＭｏｄｕｌａｔｏｒにおいて、図９に示すように重畳して信号点空間配置を形成するように変換する。
【００３６】
このとき、ＭａｐｐｅｒおよびＭｏｄｕｌａｔｏｒにおいて、隣接する信号点間の符号間距離（“０”と“１”の異なる数）が最小となるように符号変換する。
この際、図９に示すように、ＢＰＳＫ波は、オフセット位相として、±（π／４）、±（３π／４）を有する複数のＢＰＳＫ波を発生させる。５ビットうちの１ビットは、このＢＰＳＫ変調用ビットであり、他の４ビットの状態に応じて、先のオフセット位相から最適な位相を選択して出力する。
【００３７】
図１５は、ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２とＢＰＳＫに割り当てる信号点配置の実施例を示すであり、ＭａｐｐｅｒおよびＭｏｄｕｌａｔｏｒにおいて行う具体的な符号配置を示す。ＱＰＳＫ−２の信号点配置（図１５（ｂ））をＱＰＳＫ−１のビット（図１５（ａ））に応じて変化させ、さらにＢＰＳＫの信号点配置（図１５（ａ））についても、ＱＰＳＫ−１のビットに応じて変化させている。
【００３８】
ＨＰＡのＡＭ／ＰＭ変換による位相回転は、変調器ごとに設けた可変位相器Ｖ−Ｐｈａｓｅ）およびＡＭ／ＡＭ変換による利得変化を可変利得器で調整することにより、理想状態の信号空間配置を実現できる。
【００３９】
その後、搬送波と積算を行い、周波数変換と同時に、搬送波を変調する。その後、電力増幅器（ＨＰＡ）で電力を高めてアンテナから送信する。図１４（ｂ）に示す受信側は従来技術と同様な構成であり、重畳合成された波を一括受信して復調し、伝送情報を取り出す。
【００４０】
理想的な送信側の信号Ｃは、各ＱＰＳＫの信号波Ｓ１、Ｓ２とＢＰＳＫの信号波Ｓ３を用いると、次式のように表すことができる。
Ｃ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３
現実には、合成する際に誤差が伴うために、送信信号Ｔは以下の式で表される。
【００４１】
【数３】
0005871362.tif 000005
【００４２】
ここで、α２、β２、α３、β３は、Ｓ１とＳ２、Ｓ３を合成する際の相対利得誤差、相対位相誤差を示す。
これらの誤差のうち、利得誤差および位相誤差を調整するために、図１４にある可変利得器（Ｖ−ＡＴＴ）、可変位相器（Ｖ−Ｐｈａｓｅ）を使用することが可能である。可変利得器と可変位相器は、また図６に示したＨＰＡのＡＭ／ＡＭ変換、ＡＭ／ＰＭ変換による利得変化、位相変化を調整する目的でも使用可能である。
【００４３】
＜空間重畳誤差＞
空間重畳では、図１６に示すように、上記の３個のアンテナが距離ｄを置いて設置される場合には、それらの距離に応じて、受信側では経路長の差に基づく重畳誤差が発生する、特に位相に誤差が発生する。ここで、図１６は、空間重畳誤差を小さく抑えることが可能なフェーズドアレイアンテナシステムの構成例とアンテナ前方からの角度（ｔｈｅｔａ）に対する３波空間重畳合成の利得誤差と位相誤差を示す図である。
送信点と受信点の伝搬距離の差による位相誤差、放射パターンによる利得と位相誤差が発生すると、次式で示すように、受信信号が変化する。
【００４４】
【数４】
0005871362.tif 000006
【００４５】
ここで、α２、β２、α３、β３が空間重畳に伴う利得誤差、位相誤差を示し、ｎは雑音を示す。このため、アンテナの形式として、広い受信エリアにおいて、位相誤算が少ないものが望まれる。
【００４６】
このようなアンテナを実現するモデルとして、図１７（ａ）に示すフェーズドアレイアンテナが考案されている（特許文献３）。３ビームを送信するアレイアンテナが同心円状に配置され、等価的に円の中心がアンテナの基準点となることから、３個のアンテナと受信点の距離がほぼ等しくなるために、重畳誤差が小さくなる特徴がある。図１７（ｂ）は、アンテナ前方からの角度（Ｔｈｅｔａ）を変化させたときの利得誤差を示し、図１７（ｃ）はそのときの位相誤差を示している。Ｔｈｅｔａが±１５度の範囲で、利得誤差、位相誤差１５度以内を実現している。
【００４７】
＜オフセット変調波の適用＞
図１８はＯＢＰＳＫ波の原理を示す図であって、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は４相位相変調波（ＱＰＳＫ）の信号振幅（半径）の軌跡を示している。情報に応じて信号点が変化するために、振幅が原点を通過する場合があり、大きく変動する。
【００４８】
これに対して、Ｉチャネルの信号とＱチャネルの信号を半シンボル遅延（オフセット）させると、図１８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、オフセットＱＰＳＫ（ＯＱＰＳＫ）波では、信号軌跡は対角線状に移動することがなくなり、振幅変動が抑えられる。
【００４９】
同様に、２相位相変調波（ＢＰＳＫ）の信号波に対しても、図１９（ａ）に示すようにオフセット位相角を有するＢＰＳＫに対して、図１９（ｂ）のようにＩチャネルの信号とＱチャネルの信号を半シンボル遅延（オフセット）させると、図２０に示すように信号波の軌跡は中止を通過しないために振幅変動が抑えられる。ここで、図２０は、ＯＢＰＳＫの信号点の軌跡を示す図、図１９は、ＯＱＰＳＫ波とＯＢＰＳＫ波を送信する送信系の実施例の構成を示す図である。
【００５０】
図２１は、３２ＡＰＳＫ変調の構成例を示す図であって、ＯＱＰＳＫ波とＯＢＰＳＫ波を用いて送信系を構成する実施例を示している。各変調器において、Ｉ−ｃｈに半シンボルの遅延回路（Ｄｅｌａｙ）を設置している。
【００５１】
図２２は、重畳誤差の少ないフェーズドアレイアンテナを用いた空間重畳合成技術による３２ＡＰＳＫ変調の構成例を示す図であって、図１７に示すアンテナを適用した本実施形態の実施例である。ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２とＯＢＰＳＫの３個の変調器を有し、それぞれその出力を複数に分配し、複数のＨＰＡで増幅した後に、複数のアレイアンテナ素子に給電される。各信号経路には、振幅と位相を調整して、ビームの方向と指向性を制御してアレイアンテナを実現している。
【００５２】
図２３は、重畳誤差による信号点配置の変形を示す図であって、連接誤り訂正符号とインタリーバ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）を使用したシステムの構成の実現例を示している。２種の誤り訂正符号（Ｅｎｃｏｄｅｒ−１、−２）を用いた連接符号化である、２種の誤り訂正符号器の間に、符号を撹拌するインターリーバを配置し、誤り訂正能力を向上している。
【００５３】
表２は各種変調波の振幅変動の度合いを比較したものであり、各変調方式のＢａｓｅｂａｎｄ信号のＰＡＰＲ値を比較して示す表である。
【００５４】
【表２】
0005871362.tif 000007
【００５５】
表２は、各変調信号を帯域制限フィルタ（Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｒｏｏｔ  Ｒａｉｓｅｄ  Ｃｏｓｉｎｅ  ｒｏｌｌ−ｏｆｆ  ｆｉｌｔｅｒ：ＳＲＲＣ）を用いて帯域制限・整形した信号の振幅ｘ（ｔ）の変動を次式に示す各信号波の最大電力値と平均電力値との比であるＰＡＰＲ値を用いて評価したものである。ただし、ｒｏｌｌ−ｏｆｆ率＝０．３５としたときの値を示している。
【００５６】
【数５】
0005871362.tif 000008
【００５７】
表２から、従来の３２ＡＰＳＫが５．１ｄＢであるのに対して、ＱＰＳＫ信号は３．８ｄＢ、ＢＰＳＫ信号は３．８ｄＢ、ＯＱＰＳＫ波は３．５ｄＢ、ＯＢＰＳＫ信号は３．１ｄＢであることが分かる。したがって、従来の３２ＡＰＳＫのＰＡＰＲに比べて、ＱＰＳＫ、ＯＱＰＳＫ、ＢＰＳＫ、ＯＢＰＳＫ信号はＰＡＰＲ値が小さい。このことは、本実施形態の変調方法が、従来技術に比べて、ＨＰＡをより効率の良好な飽和点に領域で動作させることを可能としていることを示している。
【００５８】
＜重畳誤差を考慮した信号配置＞
図２４は、重畳誤差を考慮して振幅を修正した信号点配置を示す図である。空間での重畳合成時に位相誤差が発生すると図２４に示すようにＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２、ＢＰＳＫが位相回転するために、図２４の最小間隔であったＢ点とＣ点の間隔が増加し、Ｂ点とＤ点、Ｆ点の距離が接近する。ＱＰＳＫ−１とＱＰＳＫ−２、ＢＰＳＫの間に位相誤算が発生しても信号点間の距離を保つために図２５に示すようにＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２、とＢＰＳＫの振幅ｒ１、ｒ２、ｒ３を調整することにより信号点間の最小の幾何距離を調整することにより、Ｂ点とＤ点、Ｆ点の距離が保たれることを示している。
【００５９】
＜重畳誤差推定機能を有した変形信号空間配置による復調＞
受信側での復調前に、図２６に示すＬ点とＭ点の２つの既知のシンボルを一定期間送信し、受信側でそれらの信号配置点（次式）を観測する。図２６は、重畳誤差を推定するために使用する受信点Ｌ点とＭ点の例を示す図である。
【００６０】
【数６】
0005871362.tif 000009
【００６１】
次式に示すように、Ｌ点とＭ点の２点を観測することにより、ＱＰＳＫ−１に対する相対変化分として、重畳時に発生した利得と位相誤差α’、β’、α’’β’’を推定する。
ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２およびＢＰＳＫ波は、位相誤差Δφを受けて、次式のように表すことができる。
【００６２】
【数７】
0005871362.tif 000010
【００６３】
ここでＬ点とＭ点は、以下に示すＢＰＳＫ波の位相が互いに１８０度異なる。
【００６４】
【数８】
0005871362.tif 000011
【００６５】
【数９】
0005871362.tif 000012
【００６６】
したがって、図２６に示すＬ点とＭ点は次の２式で与えられる。
【００６７】
【数１０】
0005871362.tif 000013
【００６８】
これらの２式を用いてＱＰＳＫ−１の受信波に対する相対的変化をみる。ここで、ＱＰＳＫ−２の振幅相対変化、位相相対変化分をα’、β’と定義し、ＢＰＳＫ波の相対変化分をα’’β’’と定義すると、次の２式で与えられる。
【００６９】
【数１１】
0005871362.tif 000014
【００７０】
これらの両式から、α’、β’とα’’β’’の値を次の４式のように求めることができる。
【００７１】
【数１２】
0005871362.tif 000015
【００７２】
これらの推測値α’、β’、α’’β’’を用いて送信側で設定している信号空間配置に対して、ＱＰＳＫ−１に対してＱＰＳＫ−２、ＢＰＳＫを位相回転β’、β’’すると同時に利得（振幅）α’、α’’を変化させることで、次式に示す変形信号空間配置を形成することが可能となる。
【００７３】
【数１３】
0005871362.tif 000016
【００７４】
受信側で、この変形信号空間配置を用いて、受信シンボルがどの信号点に最も近いかを判断し、復調を行う。
【００７５】
＜実施例＞
以下に本実施形態の実施例（適用例）を示し、本実施形態に係る変復調方法の性能を評価する。
【００７６】
＜伝送特性の評価＞
図２７は、伝送特性の比較をした図であって、空間重畳誤差がないときの、ＨＰＡを線形動作させたときと、１．５ｄＢ出力バックオフした点［１．５ｄＢ  ＯＢＯ］で動作させたときの従来方式と本考案の方式の誤り率（ＢＥＲ）と１ビット当たりのエネルギ対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎ０）との関係を示している。参考のために、理想状態である線形時の特性も併せて示している。
【００７７】
線形動作時の従来技術と本実施形態のＢＥＲ特性の差は非常に小さいことが分かる、これは、表１に示したように、信号点の最小距離と電力比の値（Ｄｐ２）／Ｐｏｕｔに大差がないことを裏付けている。
【００７８】
一方、電力増幅器の効率の良好な１．５ｄＢ  ＯＢＯで動作させたとき、従来方式は、誤り率が大幅に劣化するのに対して、本実施形態の変調方法の特性は、線形動作時からの劣化が非常に少ないことが分かる。このことより、本実施形態の変調復調方法では、電力増幅器の非線形特性の影響を受け難く、電力増幅器の非線形領域で運用可能となる。
【００７９】
＜低消費電力の具体的な効果＞
表３は、同一の電力増幅器を使用して算出した電力増幅器での消費電力を比較したものである。
【００８０】
【表３】
0005871362.tif 000017
【００８１】
同一の雑音（ＡＷＧＮ）環境（Ｅｂ／Ｎ０＝１３ｄＢ）下で、同一のビット誤り率（６Ｅ−３）を実現するようにＨＰＡの出力バックオフの値を変化させて評価したものである。本実施形態の変調技術を用いるとＨＰＡの動作点を出力バックオフ１．５ｄＢから１．６ｄＢ程度の飽和点近傍で動作可能である。
これに対して、従来方法では、出力バックオフを９ｄＢとなる線形領域に設定しないと実現できない。この結果、従来技術では、十分に線形領域で動作させるために、電力効率が低下する結果、消費電力が増加する。
従来技術を１とすると、本実施形態では、消費電力を４分の１に低減可能である。
【００８２】
＜帯域外スプリアスレベルの低減効果＞
電力増幅器から出力されるスプリアスレベルは信号波のスペクトラムとＨＰＡの動作点で決定される。
特に、他のシステムへの干渉を抑える観点から、使用周波数帯域近傍の帯域外のレベルが低いことが求められる。
【００８３】
図２８は本実施形態による３２ＰＳＫの実施例であって、ＨＰＡの出力スペクトラムを示している。電力増幅器を線形動作させたときと、１．５ｄＢ  ＯＢＯ（出力バックオフ）時の高効率動作時のスペクトラムを比較したものである。線形動作時のスペクトラムに大差がないが、１．５ｄＢ  ＯＢＯの非線形領域で動作させると従来方法では、帯域外のスペクトラム（図２８中、正規化周波数が０．５以上の領域）が上昇している。本考案の方法（ＱＰＳＫとＢＰＳＫを使用時）の場合、このスペクトラムの上昇の割合が小さく良好な特性を示している。
【００８４】
＜その他の実施例＞
以上は、３２値（＝２５）多値変調について説明しているが、図２９は、本実施形態による８ＡＰＳＫの実施例であって、８＝２３値多値変調波に適用した構成例を示す。１波のＱＰＳＫと１波のＢＰＳＫの出力を重畳合成して得られる。これは従来技術の８ＰＳＫに相当する。３２ＡＰＳＫと同様にＨＰＡの低消費電力化の効果が期待できる。
【００８５】
さらに、図３０は、１２８＝（２７）値多値変調に適用した構成例を示している。ＱＰＳＫ−１、ＱＰＳＫ−２、ＱＰＳＫ−３、ＢＰＳＫ信号を重畳合成して実現する構成である。３２ＡＰＳＫと同様な効果が期待できる。
【００８６】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明に係る変復調方法は、信号空間配置の変形を受けにくく、高効率電力増幅が可能である。
【図１】
0005871362.tif 000018
【図２】
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【図３】
0005871362.tif 000020
【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】
0005871362.tif 000026
【図１０】
0005871362.tif 000027
【図１１】
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【図１２】
0005871362.tif 000029
【図１３】
0005871362.tif 000030
【図１４】
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【図１５】
0005871362.tif 000032
【図１６】
0005871362.tif 000033
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0005871362.tif 000037
【図２１】
0005871362.tif 000038
【図２２】
0005871362.tif 000039
【図２３】
0005871362.tif 000040
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
0005871362.tif 000046
【図３０】
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