(57)【要約】【課題】ＣＩ／ＯＦＤＭ方式においてロールオフ波形整形に要する計算量の低減を可能にしつつ、ＰＡＰＲを低減する送信機及び送信方法、受信機及び受信方法、並びに無線通信システム及び無線通信方法を提供する。【解決手段】本発明の無線通信システムにおいて、送信機は、直交符号を用いたデータシンボルの拡散処理に、ＩＦＦＴ処理を使用する。また、生成されるＯＦＤＭ信号におけるロールオフ波形整形のために、周波数領域においてナイキストフィルタのフィルタ係数を乗算する簡易な処理によって各サブキャリヤ成分のフィルタリングを行う。受信機は、受信したＯＦＤＭ信号の復調処理を、送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性に相当するフィルタ係数を各サブキャリヤ成分に乗算する。さらに、直交符号を用いたデータシンボルの逆拡散処理にＦＦＴ処理を使用する。【選択図】図１
2011061552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ信号を送信する送信機であって、
所定の変調方式でマッピングされた変調シンボルを直交符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、第１のデータ数の変調シンボルのデータに対して該第１のデータ数のＩＦＦＴを実行する第１のＩＦＦＴ手段と、
前記第１のＩＦＦＴ手段により得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータを含む第１のセットと該第１のセットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって、複数のサブキャリヤ成分のデータを含む第２のセットを生成する複製手段と、
前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
前記ＯＦＤＭ信号を生成するために、前記第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数よりも大きい第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する第２のＩＦＦＴ手段と
を備えることを特徴とする送信機。
【請求項２】
前記第２のＩＦＦＴ手段は、
前記第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する前に、前記第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータ数を該第２のデータ数とするために、該第２のセットにおける前記ナイキストフィルタの通過帯域外の部分にゼロ値のデータをパディングするゼロパディング手段を備え、
前記ゼロパディング手段によりゼロパディングされた前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第２のデータ数のＩＦＦＴを実行することを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項３】
前記フィルタリング手段は、
前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のうち、前記ナイキストフィルタの通過帯域外に存在するサブキャリヤ成分のデータを除去し、除去したデータ以外のデータに対して前記フィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の送信機。
【請求項４】
ＯＦＤＭ信号を受信する受信機であって、
受信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、該ＯＦＤＭ信号のデータに対して第１のデータ数のＦＦＴを実行する第１のＦＦＴ手段と、
前記第１のＦＦＴ手段により得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータのうち、該第１のデータ数より小さい第２のデータ数の、低周波数成分に相当するデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記第２のデータ数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、前記ＯＦＤＭ信号を送信した送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性を有するフィルタのフィルタ係数を乗算する逆フィルタリング手段と、
前記逆フィルタリング手段により複数のサブキャリヤ成分を直交符号で逆拡散するために、当該複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第２のデータ数のＦＦＴを実行する第２のＦＦＴ手段と
を備えることを特徴とする受信機。
【請求項５】
前記第２のデータ数は、前記送信機において前記ＯＦＤＭ信号の各サブキャリヤに拡散され多重された変調シンボルのデータ数であることを特徴とする請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
ＯＦＤＭ信号を送信する送信機と、前記送信機から送信された前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信機とを備える無線通信システムであって、
前記送信機は、
所定の変調方式でマッピングされた変調シンボルを直交符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、第１のデータ数の変調シンボルのデータに対して該第１のデータ数のＩＦＦＴを実行する第１のＩＦＦＴ手段と、
前記第１のＩＦＦＴ手段により得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータを含む第１のセットと該第１のセットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって、複数のサブキャリヤ成分のデータを含む第２のセットを生成する複製手段と、
前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
前記ＯＦＤＭ信号を生成するために、前記第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数よりも大きい第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する第２のＩＦＦＴ手段と
を備え、
前記受信機は、
受信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、該ＯＦＤＭ信号のデータに対して前記第２のデータ数のＦＦＴを実行する第３のＦＦＴ手段と、
前記第３のＦＦＴ手段により得られた前記第２のデータ数のサブキャリヤ成分のデータのうち、低周波数成分に相当する前記第１のデータ数のデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、前記ＯＦＤＭ信号を送信した送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性を有するフィルタのフィルタ係数を乗算する逆フィルタリング手段と、
前記逆フィルタリング手段により複数のサブキャリヤ成分を直交符号で逆拡散するために、当該複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数のＦＦＴを実行する第２のＦＦＴ手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
ＯＦＤＭ信号を送信する送信方法であって、
所定の変調方式でマッピングされた変調シンボルを直交符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、第１のデータ数の変調シンボルのデータに対して該第１のデータ数のＩＦＦＴを実行する第１のＩＦＦＴステップと、
前記第１のＩＦＦＴステップにより得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータを含む第１のセットと該第１のセットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって、複数のサブキャリヤ成分のデータを含む第２のセットを生成する複製ステップと、
前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うフィルタリングステップと、
前記ＯＦＤＭ信号を生成するために、前記第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数よりも大きい第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する第２のＩＦＦＴステップと
を含むことを特徴とする送信方法。
【請求項８】
ＯＦＤＭ信号を受信する受信方法であって、
受信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、該ＯＦＤＭ信号のデータに対して第１のデータ数のＦＦＴを実行する第１のＦＦＴステップと、
前記第１のＦＦＴステップにより得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータのうち、該第１のデータ数より小さい第２のデータ数の、低周波数成分に相当するデータを抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにより抽出された前記第２のデータ数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、前記ＯＦＤＭ信号を送信した送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性を有するフィルタのフィルタ係数を乗算する逆フィルタリングステップと、
前記逆フィルタリングステップにより複数のサブキャリヤ成分を直交符号で逆拡散するために、当該複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第２のデータ数のＦＦＴを実行する第２のＦＦＴステップと
を備えることを特徴とする受信方法。
【請求項９】
ＯＦＤＭ信号を送信する送信機と、前記送信機から送信された前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記送信機が、
所定の変調方式でマッピングされた変調シンボルを直交符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、第１のデータ数の変調シンボルのデータに対して該第１のデータ数のＩＦＦＴを実行する第１のＩＦＦＴステップと、
前記第１のＩＦＦＴステップにより得られた前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータを含む第１のセットと該第１のセットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって、複数のサブキャリヤ成分のデータを含む第２のセットを生成する複製ステップと、
前記第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うフィルタリングステップと、
前記ＯＦＤＭ信号を生成するために、前記第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数よりも大きい第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する第２のＩＦＦＴステップと
を実行し、
前記受信機が、
受信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、該ＯＦＤＭ信号のデータに対して前記第２のデータ数のＦＦＴを実行する第３のＦＦＴステップと、
前記第３のＦＦＴステップにより得られた前記第２のデータ数のサブキャリヤ成分のデータのうち、低周波数成分に相当する前記第１のデータ数のデータを抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにより抽出された前記第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、前記ＯＦＤＭ信号を送信した送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性を有するフィルタのフィルタ係数を乗算する逆フィルタリングステップと、
前記逆フィルタリングステップにより複数のサブキャリヤ成分を直交符号で逆拡散するために、当該複数のサブキャリヤ成分のデータに対して前記第１のデータ数のＦＦＴを実行する第２のＦＦＴステップと
を実行することを特徴とする無線通信システムにおける無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ方式の受信機及び受信方法、送信機及び送信方法、並びに無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式は、高い周波数利用効率と周波数選択性フェージングに対する高い耐性を有するため、次世代の高速無線通信システムのための要素技術として最も有望な技術の一つである。一般的に、ＯＦＤＭ方式で生成されるＯＦＤＭ信号は、高いＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比）とを有するため送信機の電力増幅器による非線形歪みの影響を受けやすいことが知られている。
【０００３】
近年、ＯＦＤＭ方式におけるＰＡＰＲを低減する手法の一つとして、ＣＩ（Carrier Interferometry）符号を用いて各データシンボルを拡散するＣＩ／ＯＦＤＭ方式が提案されている（例えば、非特許文献１）。通常のＯＦＤＭ方式では、各データシンボルを各サブキャリヤに配置するが、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式では、各データシンボルを直交符号の一種であるＣＩ符号で拡散して、複数のサブキャリヤに多重することを特徴としている。ＣＩ符号による拡散後の複数のサブキャリヤ成分は、通常のＯＦＤＭと同様に逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって時間領域のＯＦＤＭ信号に変換される。このＣＩ／ＯＦＤＭ方式によって生成されるＯＦＤＭ信号は、各サブキャリヤに拡散されたデータシンボルが時間領域においてナイキスト間隔で配置された信号となり、シングルキャリヤ信号と同等の信号となるため、ＯＦＤＭ方式と比較してＰＡＰＲを低減することが可能である。
【０００４】
上述のＣＩ／ＯＦＤＭ方式では、その波形整形に理想的なナイキストフィルタが使用されるため、特に１６ＱＡＭ等の変調多値数の高い変調方式を用いる場合には、ＰＡＰＲが高くなる傾向がある。そこで、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式においてナイキストフィルタを用いたロールオフ波形整形を可能にするために、所定のロールオフ係数を有するナイキストフィルタのロールオフ波形から逆算することによって得られる周波数領域の拡散行列を使用して、データシンボルを拡散する手法が提案されている（非特許文献２）。当該手法によれば、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式において送信信号のロールオフ波形整形が可能になるため、送信信号のＰＡＰＲを効果的に低減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Zhiqiang Wu, and Carl R. Nassar, "Narrowband Interference Rejection in OFDM via Carrier Interferometry Spreading Codes," IEEE Trans. on Wireless Communications, vol. 4, no. 4, July 2005.
【非特許文献２】岩橋遊，服部武，“オーバコンプリートな行列拡散によるＯＦＤＭ方式の提案とＰＡＰＲの低減効果，”2007信学ソ大，B-5-75，Sept．2007．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の非特許文献２の技術では、送信信号のＰＡＰＲを低減可能であるものの、ロールオフ波形整形のために大規模な行列演算が必要となるため、送信機及び受信機において必要な演算量が増大する問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式においてロールオフ波形整形に要する計算量の低減を可能にしつつ、ＰＡＰＲを低減する送信機及び送信方法、受信機及び受信方法、並びに無線通信システム及び無線通信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】
【０００８】
本発明は、例えば、無線通信システムとして実現できる。無線通信システムは、ＯＦＤＭ信号を送信する送信機と、送信機から送信されたＯＦＤＭ信号を受信する受信機とを備える無線通信システムであって、送信機は、所定の変調方式でマッピングされた変調シンボルを直交符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、第１のデータ数の変調シンボルのデータに対して第１のデータ数のＩＦＦＴを実行する第１のＩＦＦＴ手段と、第１のＩＦＦＴ手段により得られた第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータを含む第１のセットと第１のセットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって、複数のサブキャリヤ成分のデータを含む第２のセットを生成する複製手段と、第２のセットに含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数を乗算することによって、周波数領域におけるフィルタリングを行うフィルタリング手段と、ＯＦＤＭ信号を生成するために、第２のセットに含まれるフィルタリングされた複数のサブキャリヤ成分のデータに対して第１のデータ数よりも大きい第２のデータ数のＩＦＦＴを実行する第２のＩＦＦＴ手段とを備え、受信機は、受信されたＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、ＯＦＤＭ信号のデータに対して第２のデータ数のＦＦＴを実行する第３のＦＦＴ手段と、第３のＦＦＴ手段により得られた第２のデータ数のサブキャリヤ成分のデータのうち、低周波数成分に相当する第１のデータ数のデータを抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された第１のデータ数のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、ＯＦＤＭ信号を送信した送信機において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性を有するフィルタのフィルタ係数を乗算する逆フィルタリング手段と、逆フィルタリング手段により複数のサブキャリヤ成分を直交符号で逆拡散するために、当該複数のサブキャリヤ成分のデータに対して第１のデータ数のＦＦＴを実行する第２のＦＦＴ手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式においてロールオフ波形整形に要する計算量の低減を可能にしつつ、ＰＡＰＲを低減する送信機及び送信方法、受信機及び受信方法、並びに無線通信システム及び無線通信方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る送信機１００のブロック構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る送信機１００におけるＩＦＦＴによる拡散後の各サブキャリヤ成分の振幅及び位相の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る送信機１００におけるフィルタリング後の各サブキャリヤ成分の振幅及び位相の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る送信機１００において生成されるＯＦＤＭ信号に含まれる各データシンボルに対応する信号波形の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る受信機２００のブロック構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る受信機２００における逆フィルタリング後の各サブキャリヤ成分の振幅及び位相の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションにおいて使用した非線形増幅器の入出力特性を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションによるＰＡＰＲ対ＣＣＤＦ特性の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションによるＰＡＰＲ対ＣＣＤＦ特性の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションによるＥb／Ｎ0対ＢＥＲ特性の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションによる送信信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る計算機シミュレーションによる送信信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、図１乃至図１２を参照して、本発明に関する一実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示す送信機１００及び図５に示す受信機２００とを備える無線通信システムを想定する。なお、以下では説明の簡略化のために、特にベースバンドにおける信号処理に係る部分についてのみ説明している。また、送信機１００及び受信機２００との間の電波伝搬環境において生じ得るマルチパスフェージングの影響についても、説明の簡略化のため考慮していない。そのため、送信機１００及び受信機２００におけるＯＦＤＭ信号に対するガードインターバルの付加・除去の処理や、受信機２００における周波数領域等化処理等に係る部分についても説明を省略している。
【００１２】
＜送信機１００の構成と送信方法＞
図１は、本実施形態に係る送信機１００のブロック構成の一例を示す図である。図１に示すように、送信機１００は、ＯＦＤＭ方式を用いる一般的な送信機の構成に加えて、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１０２及びフィルタリング部１０５をさらに備える。このＩＦＦＴ部１０３は、ＣＩ／ＯＦＤＭ方式におけるＣＩ符号を用いた拡散処理を行うブロックに相当する。また、フィルタリング部１０５は、ロールオフ波形整形を実現するために周波数領域において所定のロールオフ係数を有するナイキストフィルタによるフィルタリング処理を実現する。
【００１３】
送信機１００において、まず送信ビット系列はデータ変調部１０１へ入力される。データ変調部１０１は、入力された送信ビット系列を用いて所定の変調方式（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等）で変調シンボルにマッピングする。マッピングされた変調シンボルの系列は、次にシリアル・パラレル変換（Ｓ／Ｐ）部１０２へ入力される。Ｓ／Ｐ部１０２は、入力されたＮ個の直列の変調シンボル（データシンボル）系列ｘk（０≦ｋ≦Ｎ−１，ｋは整数）を並列の系列に変換する。
【００１４】
次に、Ｓ／Ｐ変換されたデータシンボル系列ｘk（０≦ｋ≦Ｎ−１）を直交符号であるＣＩ符号で拡散して複数のサブキャリヤ成分に多重するために、ＩＦＦＴ部１０３において当該系列に対してＮ点のＩＦＦＴが実行される。ＩＦＦＴ処理後の系列ｓ1（ｎ）は、ＩＦＦＴ部１０３において使用される拡散符号系列φK（ｎ）を用いて次式で表される。
【数１】
2011061552.tif 000003
なお、ｎは各サブキャリヤ成分の周波数に対応する整数（０≦ｎ≦Ｎ−１）である。式（１）に示すように、各データシンボルｘkは、ＩＦＦＴ部１０３による拡散処理によって、周波数に比例したデータシンボルごとに異なる位相変化が与えられるとともに、各サブキャリヤに多重される。
【００１５】
次に、ｓ1（ｎ）によって表現されるＮ個のサブキャリヤ成分のデータを含むセットは、フィルタリング部１０５へ入力される前に、図２に示すように、１０４において周波数方向に複製される。この複製処理は、当該セットと当該セットの複製とを周波数方向に連続して配置することによって実現され、これらのセットはフィルタリング部１０５で使用されるフィルタの中心周波数の部分において隣接するように配置される。なお、式（１）から明らかなようにｓ1（ｎ）は周期Ｎで周期的な信号であるので、複製された複数のサブキャリヤ成分のデータを含むセットｓ2（ｎ）は、次式によって表される。
【数２】
2011061552.tif 000004
なお、図２に示すように、ｓ2（ｎ）に含まれる各データシンボルｘkは、−Ｎ≦ｎ≦Ｎ−１において、周波数に比例したデータシンボルごとに異なる位相変化が与えられている。
【００１６】
次に、複製された複数のサブキャリヤ成分のデータを含むセットｓ2（ｎ）は、フィルタリング部１０５においてナイキストフィルタを用いてフィルタリング処理を施される。本発明において、当該フィルタリング処理は周波数領域において実行される。即ち、当該セットに含まれるサブキャリヤ成分の各々に対して、ナイキストフィルタの周波数領域におけるフィルタ係数Ｆ（ｎ）が乗算されることによって、当該フィルタリング処理が実現される。
【００１７】
本実施形態では、ナイキストフィルタの一例として、次式に示すコサインロールオフフィルタＦ（ｎ）を使用する。
【数３】
2011061552.tif 000005
なお、αはコサインロールオフフィルタのロールオフ係数である。当該ナイキストフィルタを用いたフィルタリング処理が実行された複数のサブキャリヤ成分のセットｓ3（ｎ）は、次式によって表される。
【数４】
2011061552.tif 000006
ここで、図３は本実施形態で使用するナイキストフィルタによるフィルタリングが施された各サブキャリヤ成分の一例を示す図である。同図に示すように、フィルタリング後のサブキャリヤ成分ｓ3（ｎ）に含まれる各データシンボルｘkは、周波数軸上でその振幅がナイキストフィルタの振幅特性に基づいて変化し、その位相が周波数に比例したデータシンボルごとに異なる変化をする。
【００１８】
なお、フィルタリング部１０５において各サブキャリヤ成分に乗算されるナイキストフィルタのフィルタ係数は、予め算出された値が図１には図示しないＲＯＭ等の記憶装置にテーブルデータとして格納されていてもよい。その場合、フィルタリング部１０５はそれらの値を使用してフィルタリング処理を実行する。また、フィルタリング対象の複数のサブキャリヤ成分のうちで、ナイキストフィルタの通過帯域外に存在するサブキャリヤ成分のデータを除去するとともに、それ以外の通過帯域内から抽出されるデータに対してのみフィルタ係数を乗算してもよい。即ち、０のフィルタ係数と乗算されるサブキャリヤ成分に関する上記の演算を省くことによって、フィルタリング部１０５における計算量をさらに削減することができる。具体的には、
【数５】
2011061552.tif 000007
とした場合に、ｎ≦|ｎmax|に相当するサブキャリヤ成分にのみフィルタ係数Ｆ（ｎ）を乗算し、その乗算結果ｓ3（ｎ）のみを次のＩＦＦＴ部１０６へ出力すればよい。
【００１９】
ＩＦＦＴ部１０６は、送信対象のＯＦＤＭ信号を生成するために、入力されたサブキャリヤ成分のデータｓ3（ｎ）に対してＩＦＦＴを実行して、時間領域のデータに変換する。その際、ＩＦＦＴ部１０６は、時間領域におけるＯＦＤＭ信号のオーバーサンプリングを実現するために、ｓ3（ｎ）に含まれるデータシンボルの個数Ｎに対してｂ倍のサイズのｂＮ点のＩＦＦＴ（ｂ倍のオーバーサンプリング）を次式により実行する。
【数６】
2011061552.tif 000008
【００２０】
このオーバーサンプリングを実現するために、ＩＦＦＴ部１０６は、入力されるサブキャリヤ成分のデータ数を、ＩＦＦＴのサイズｂＮと同数に調整する必要がある。そのために、ＩＦＦＴ部１０６は、ＩＦＦＴを実行する前に、入力されたサブキャリヤ成分のデータのセットｓ3（ｎ）において高周波数成分に相当する部分にゼロ値のデータをパディングすればよい。より具体的には、当該セットにおいて、フィルタリング部１０５のナイキストフィルタの通過帯域外に相当する部分にゼロ値のデータをパディングすればよい。ＩＦＦＴ部１０６は、ゼロパディングによって調整したｂＮ個のサブキャリヤ成分のデータのセットｓ3（ｎ）を用いてＩＦＦＴを実行する。
【００２１】
なお、式（６）をさらに展開していくと、ＩＦＦＴによって得られるＯＦＤＭ信号Ｘ（ｔ）として最終的に次式が得られる。
【数７】
2011061552.tif 000009
ここで、ＴsはＯＦＤＭ信号のＯＦＤＭシンボル周期、Δｆ＝１／Ｔsはサブキャリヤ間隔である。式（７）によれば、Ｘ（ｔ）は、ナイキストフィルタの周波数特性Ｆ（ｎ）の逆フーリエ変換であるインパルス応答をデータシンボルｘkごとにＴsｋ／Ｎだけ時間シフトした信号を、データシンボル数であるＮ個分、ｘkで重み付けして合成した信号となることがわかる。図４は、サブキャリヤ数８、ＱＰＳＫによるマッピングｘk＝１／√２＋ｊ１／√２を全てのデータシンボル（０≦ｋ≦７）について用いた場合の、Ｘ（ｔ）の同相成分を一例として示したものである。図４に示すように、各データシンボルはＩＦＦＴによる拡散処理に起因して、時間軸上でナイキスト間隔で配置されているとともに、各データシンボルに対応するインパルス応答が互いのシンボルタイミングにおいて直交していることがわかる。ここでは、特定のαについてのみ一例として示したが、任意のαに関して同様の波形が生成され得る。
【００２２】
送信機１００は、ＩＦＦＴ部１０６によって生成した並列のＯＦＤＭ信号を、パラレル・シリアル変換（Ｐ／Ｓ）部１０７を用いて直列の系列に変換する。Ｐ／Ｓ部１０７からの出力されたＯＦＤＭ信号は、Ｄ／Ａ変換及び周波数変換等（図１には図示せず）が施された後に、ＨＰＡ（高出力増幅器）１０８によって電力増幅され、アンテナから送信される。
【００２３】
以上の送信機１００では、直交符号によるデータシンボルの拡散処理をＩＦＦＴによって実現できるとともに、ロールオフ波形整形を周波数領域において実現できるため、従来の大規模な行列演算と比較して、波形整形に要する演算量を大幅に低減することができる。
【００２４】
＜受信機２００の構成と受信方法＞
図５は、本実施形態に係る受信機２００のブロック構成の一例を示す図である。図５に示すように、受信機２００は、ＯＦＤＭ方式を用いる一般的な受信機の構成に加えて、送信機１００のフィルタリング部１０５及びＩＦＦＴ部１０３にそれぞれ対応して逆フィルタリング部２０４及びＦＦＴ部２０５部をさらに備える。
【００２５】
受信機２００において受信されたＯＦＤＭ信号は、無線周波数からベースバンドに周波数変換され、Ｄ／Ａ変換された後に（図５には図示せず）、Ｓ／Ｐ部２０１において並列のデータ系列に変換される。Ｓ／Ｐ部２０１から出力された時間領域のＯＦＤＭ信号は、ＦＦＴ部２０２に入力される。
【００２６】
ＦＦＴ部２０２は、ＯＦＤＭ信号に含まれる複数のサブキャリヤ成分のデータを取得するために、当該ＯＦＤＭ信号のデータに対してｂＮ点のＦＦＴを実行して、周波数領域における各サブキャリヤ成分のデータに変換する。次に、２０３において、ＦＦＴ部２０２から出力されたｂＮ個のサブキャリヤ成分のデータのうち、送信機１００のナイキストフィルタの通過帯域における中心部分を通過したＮ個のサブキャリヤ成分に対応する、低周波数成分のＮ個のデータが抽出される。抽出された各データは、逆フィルタリング部２０４へ入力される。
【００２７】
逆フィルタリング部２０４は、入力されたＮ個のサブキャリヤ成分のデータの各々に対して、所定の周波数特性を有するフィルタを用いて周波数領域におけるフィルタリングを行う。当該フィルタは、ＯＦＤＭ信号を送信した送信機１００において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性Ｆ（ｎ）の逆特性１／Ｆ（ｎ）を有するフィルタである。逆フィルタリング部２０４は、入力された各サブキャリヤ成分のデータに対してこのフィルタ係数１／Ｆ（ｎ）を乗算することによって、フィルタリング処理を実現する。これにより、図６に示すように、各サブキャリヤ成分の振幅特性が、元のフラットな周波数特性へ補償される。
【００２８】
逆フィルタリング部２０４から出力されたＮ個のサブキャリヤ成分のデータは、次にＦＦＴ部２０５へ入力される。ＦＦＴ部２０５は、入力されたＮ個のサブキャリヤ成分のデータに対してＮ点のＦＦＴを実行する。これにより、各サブキャリヤに拡散されたデータシンボルを、直交符号の拡散符号系列φK（ｎ）を用いて逆拡散する。
【００２９】
逆拡散によって取得されたＮ個のデータシンボル系列は、Ｐ／Ｓ部２０６において直列の系列に変換されるとともに、データ復調部２０７において所定の変調方式に対応してビット系列に復調される。
【００３０】
このように、受信機２００においても送信機１００と同様に、従来の大規模な行列演算を要することなく、周波数領域におけるフィルタリングとＦＦＴとによってロールオフ整形された波形の補償処理と直交符号による逆拡散処理とを実現することができる。これにより、それらの処理に必要な演算量を低減することができる。
【００３１】
＜特性評価結果＞
次に、図７乃至図１２を参照して、本実施形態に関する計算機シミュレーションによる特性評価の結果の一例について説明する。本計算機シミュレーションでは、送信機１００と受信機２００との間の伝搬路は熱雑音のみとし、フェージングの影響は考慮していない。また、変調方式をＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭ、サブキャリヤ数Ｎを１２８、並びにＯＦＤＭ変復調用のＩＦＦＴのサイズ（ｂＮ）を５１２とした。
【００３２】
本計算機シミュレーションにおいて、送信機１００の非線形増幅器（ＨＰＡ１０８）として、次式で表されるＳＳＰＡ（Solid State Power Amplifier）を使用した。
【数８】
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なお、ｘ、ｇ（ｘ）、及びＡsatはそれぞれ入力電力、出力電力、及び飽和電力を表しており、図７は式（８）によるＳＳＰＡの入出力特性を示したものである。以下では、パラメータｐ＝２、入力バックオフＩＢＯ＝６ｄＢとし、理想的な線形増幅の入出力特性から１ｄＢ劣化した入力電力値までを線形増幅の領域とみなして計算機シミュレーションを行った。
【００３３】
図８は及び図９は、各サブキャリヤの変調方式としてＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭを使用した場合の、ＰＡＰＲ対相補累積分布関数（ＣＣＤＦ）特性を示す図である。なお、これらの図では、比較のためにＯＦＤＭ及びＣＩ／ＯＦＤＭのＰＡＰＲ特性を示しており、ＣＩ／ＯＦＤＭの特性は本実施形態においてナイキストフィルタのロールオフ係数α＝０とした場合に相当する。図８及び図９からわかるように、本実施形態によるＰＡＰＲ特性は、変調方式によらず、従来のＯＦＤＭやＣＩ／ＯＦＤＭと比較してＰＡＰＲを大幅に低減できることがわかる。また、αを増加させるにつれてＰＡＰＲの低減効果が増大することがわかる。これは、ナイキストフィルタのロールオフ係数が大きくなるほど、インパルス応答の時間軸上の変動が抑圧されることに起因した結果であり、その結果、ＰＡＰＲが低減されることになる。従って、本実施形態によれば、拡散処理及びナイキストフィルタによる波形整形に要する計算量を削減しつつ、従来のＯＦＤＭやＣＩ／ＯＦＤＭと比較してＰＡＰＲを低減することが可能であることがわかる。
【００３４】
次に、図１０は、各サブキャリヤの変調方式として１６ＱＡＭを使用した場合の、受信機２００におけるＥb／Ｎ0対ビット誤り率（ＢＥＲ）特性を示す図である。同図からわかるように、本実施形態によれば、従来のＯＦＤＭやＣＩ／ＯＦＤＭと比較してＢＥＲ特性を改善することができる。また、ナイキストフィルタのロールオフ係数が大きくなるほど、その改善効果が大きくなることがわかる。これは、図９に示したように本実施形態では従来の方式と比較してＰＡＰＲの低減が可能であり、それにより送信機１００の非線形増幅器によって生じる非線形歪みの影響を軽減可能なためである。
【００３５】
最後に、図１１及び図１２は、送信機１００の非線形増幅器による増幅後の送信信号の周波数スペクトルの一例を示す図であり、図１１は本実施形態においてαを変化させた場合の周波数スペクトル、図１２は本実施形態におけるα＝０．２の場合の周波数スペクトルとＯＦＤＭ及びＣＩ／ＯＦＤＭの周波数スペクトルとの比較を示している。図１１に示すように、本実施形態によれば、α＝０．２の場合が最も帯域外の輻射を抑圧できることがわかる。これは、ロールオフ係数を小さくするほどナイキストフィルタの帯域幅が狭くなるためである。従って、上記の図８乃至図１０の評価結果を考慮すると、本実施形態においてナイキストフィルタのロールオフ係数αを変化させることによるＰＡＰＲ及びＢＥＲの改善効果と帯域外輻射の低減効果とは、トレードオフの関係にある。また、図１２に示すように、本実施形態のα＝０．２の場合には、従来のＯＦＤＭやＣＩ／ＯＦＤＭと比較して帯域外の輻射を抑圧できることがわかる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係るＯＦＤＭ方式の送信機１００及び受信機２００を備える無線通信システムにおいて、送信機１００は、直交符号を用いたデータシンボルの拡散処理に、演算量の少ないＩＦＦＴ処理を使用する。また、生成されるＯＦＤＭ信号におけるロールオフ波形整形のために、周波数領域においてナイキストフィルタのフィルタ係数を乗算する簡易な処理によって各サブキャリヤ成分のフィルタリングを行う。これにより、生成されるＯＦＤＭ信号におけるロールオフ波形整形によってＰＡＰＲを低減しつつ、当該波形整形に要する計算量を従来より低減することができる。
【００３７】
一方、受信機２００は、送信機１００の構成に対応して、拡散処理されロールオフ波形整形された受信ＯＦＤＭ信号の復調のために、送信機１００において使用されたナイキストフィルタにおける周波数特性の逆特性に相当するフィルタ係数を各サブキャリヤ成分に乗算する。さらに、直交符号を用いたデータシンボルの逆拡散処理に、演算量の少ないＦＦＴ処理を使用する。これにより、データシンボルが直交符号で拡散され、ロールオフ波形整形された受信ＯＦＤＭ信号の復調処理に要する計算量を、従来より低減することができる。
【図１】
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【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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