(57)【要約】【課題】ＰＡＰＲを増大させることなく、回路規模の増大を抑えて、多くの種類の伝送レートでの伝送を実現することができる送信装置を得ること。【解決手段】搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波を用いて変調シンボルを生成し、種類の異なる搬送波を用いて生成された変調シンボルが一定時間内に混在するよう配置する変調部３、を備え、変調部３により配置された変調シンボルを送信する。【選択図】図１
2015041919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波を用いて変調シンボルを生成し、種類の異なる搬送波を用いて生成された変調シンボルが一定時間内に混在するよう配置する変調部、
を備え、
前記変調部により配置された変調シンボルを送信することを特徴とする送信装置。
【請求項２】
複数の伝送レートのうちの１つを選択して指示する伝送レート制御部、
を備え、
前記変調部は、伝送レートと変調シンボルを生成する際に用いる１つ以上の前記搬送波の種類を示す情報と変調シンボルの配置を指定する情報との対応を保持し、前記伝送レート制御部からの指示と前記対応とに基づいて、前記変調シンボルの生成に用いる搬送波および前記変調シンボルの配置を決定することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記変調部は、決定した搬送波の種類が１種類の場合は、１種類の搬送波を用いて変調シンボルを生成し、生成した変調シンボルを一定時間内に配置することを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
【請求項４】
搬送波幅の大きい搬送波を用いて生成されたシンボルが連続しないよう変調シンボルを配置することを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信装置。
【請求項５】
前記変調部は、搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波に基づいてそれぞれ生成される複数の変調シンボルの時間領域での電力密度が一定となるよう電力調整を実施することを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信装置。
【請求項６】
前記変調部は、搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波に基づいてそれぞれ生成される複数の変調シンボルの周波数領域での電力密度が等しくなるよう電力調整を実施することを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信装置。
【請求項７】
前記変調部は、周波数を変化させる変調方式により変調シンボルを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項８】
前記変調部は、線形変調方式により変調シンボルを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項９】
請求項１に記載の送信装置から送信された信号を受信する受信装置であって、
前記送信装置において用いられた搬送波幅の異なる複数の搬送波と当該搬送波を用いて生成された変調シンボルの配置とを用いて、受信信号を搬送波の種類ごとに復調する復調部、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の送信装置から送信された信号を受信する受信装置であって、
前記送信装置において用いられた搬送波幅の異なる複数の搬送波と当該搬送波を用いて生成された変調シンボルの配置とを用いてシンボルごとの軟判定尤度を求める復調部、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項１１】
前記復調部は、前記軟判定尤度に、当該軟判定尤度に対応するシンボルを生成する際に送信装置において用いられた搬送波の搬送波幅に応じて重み付けを行うことを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の送信装置から送信された信号を受信する受信装置であって、
前記送信装置において用いられた搬送波幅の異なる複数の搬送波と当該搬送波を用いて生成された変調シンボルの配置とを用いてビットごとの軟判定尤度を求める復調部、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項１３】
前記復調部は、前記軟判定尤度に、当該軟判定尤度に対応するビットを含むシンボルを生成する際に送信装置において用いられた搬送波の搬送波幅に応じて重み付けを行うことを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の送信装置と、
請求項９に記載の受信装置と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項１５】
搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波を用いて変調シンボルを生成する第１のステップと、
種類の異なる搬送波を用いて生成された変調シンボルが一定時間内に混在するよう配置して送信する第２のステップと、
を含むことを特徴とする送信方法。
【請求項１６】
送信装置から送信された信号を受信する第１のステップと、
前記送信装置において用いられた搬送波幅の異なる複数の搬送波と当該搬送波を用いて生成された変調シンボルの配置とを用いて、受信信号を搬送波の種類ごとに復調する第２のステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置、受信装置、通信システム、送信方法および受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信方式の１つにスペクトル拡散方式と呼ばれる方式がある。この方式は、秘匿性が高く、雑音に強いという利点を持つが、一方で、一次変調信号をＰＮ系列で拡散するため信号のピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak-to-Average  Power  Ratio）が大きくなる問題がある。ＰＡＰＲとは、信号の平均電力とピーク電力の比を意味する。
【０００３】
送信装置において電力増幅器の動作効率を向上させるためには、電力増幅器でのバックオフを小さくする必要がある。一般に平均電力と最大電力の差が多いほどバックオフは大きくなる。したがって、バックオフを小さくするためには、送信信号のＰＡＰＲは小さいことが望ましい。
【０００４】
特許文献１では、一次変調をＦＳＫ（frequency  shift  keying）とし、拡散系列として位相回転系列を用いる方式が述べられている。ＦＳＫ信号、位相回転系列は共に振幅一定の信号であるため、これらを用いることでＰＡＰＲの小さい送信信号を生成可能となる。また拡散後、ＣＰ（Cyclic  Prefix）を付加して信号をブロック化することで、受信装置にて周波数領域等化（ＦＤＥ：Frequency  Domain  Equalization）を実施できるようにし、伝搬路等における信号の波形歪みを補償するようにしている。
【０００５】
非特許文献１では、ＦＳＫ信号を拡散しブロック化して送信する伝送方式が記載されている。非特許文献１では、この伝送方式をＭＦＳＫ／ＤＳブロック伝送と呼び、この伝送方式により複数の伝送レートを実現する方法を述べている。非特許文献１では、システム帯域Ｎｂを複数の搬送波に分割し、そのうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本を用いてＭ値ＦＳＫ信号を生成する。搬送波幅をＮｓｃとすると、システム帯域ＮｂはＮｂ／Ｎｓｃ本の搬送波に分割されることとなる。このときのＮｓｃの値を変えることで、異なる伝送レートを実現できる。Ｎｓｃが大きいほど伝送レートが大きくなり、ＦＳＫシンボル長が小さくなる。
【０００６】
例えば、Ｎｓｃを２倍にすると伝送レートは２倍となる。すなわち、ＦＳＫシンボル長が１／２となり１ブロック内のＦＳＫシンボル数は２倍となる。なお、ＮｓｃをＮｂの１／Ｍより大きくすると搬送波数がＭ未満となり、Ｍ値ＦＳＫ信号を生成できなくなる。そのため、ＮｓｃをＮｂの１／Ｍとした場合より伝送レートを大きくすることはできない。
【０００７】
以上のように、非特許文献１の方法では、搬送波幅Ｎｓｃを２n倍（ｎは１以上の整数）にすると伝送レートが２n倍になり、シンボル長が１／２n倍となる。すなわち、２のべき乗単位で伝送レートを制御することができる。
【０００８】
しかしながら、実際には、２のべき乗単位よりも細かい単位で伝送レートを制御できることが望ましい。例えば、上記のＮｓｃの値は変えず、変調多値数や誤り訂正符号の符号化率を変更することでも、伝送レートを変えることが可能である。このような方法を用いることで、２のべき乗単位よりも細かい単位で伝送レートを制御することができる。この方法はＦＳＫを用いる場合に限らず用いられている方法であり、例えば非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−４９９５０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】東中  雅嗣，尾崎  圭介，富塚  浩志，岡崎  彰浩，石津  文雄，“ＭＦＳＫ／ＤＳブロック伝送におけるシステム容量に関する考察”，２０１３年電子情報通信学会総合大会，B-5-94，通信講演論文集１  ｐ５０４，２０１３年３月
【非特許文献２】Q．  Liu，S．  Zhou，G．  B．  Giannakis，“Cross−Layer  Combining  of  Adaptive  Modulation  and  Coding  With  Truncated  ARQ  Over  Wireless  Links”，IEEE  Transactions  on  Wireless  Communications，vol．3，No．5，September  2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のＭＦＳＫ／ＤＳブロック伝送において、非特許文献２に記載の通り変調多値数や誤り訂正符号の符号化率を変えることで伝送レートを変えようとすると、次のような問題がある。
【００１２】
まず、誤り訂正符号の符号化率を変える場合を考える。符号化率を変えるには、パンクチャドやレペティションといった方法がある。しかし、ＦＳＫでは、復号時に、ＰＳＫ（Phase  Shift  Keying）等の線形変調方式のようにビット毎の軟判定尤度を容易に求めることができず、シンボル単位で尤度を求める必要がある。そのため、トレリス線図もシンボル単位で構築する。この場合、パンクチャド，レペティションを行うことが困難となるという問題がある。
【００１３】
次に変調多値数を変える場合を考える。変調多値数を変えることで１シンボルあたりのビット数が変わるため、異なる伝送レートを実現できる。ただし、前述の通りシンボル単位でトレリス線図を構築することを考えると、変調多値数を変えると１シンボル内のビット数が変わる。このため、各々の多値数に対応したトレリス線図を構築する必要がある。すなわち、変調多値数の種類の数だけ復号回路が必要となり、回路規模が増大するという問題がある。
【００１４】
また別の方法として、周波数領域で複数のＦＳＫ信号を多重する方法が考えられる。例えばＮｂ＝１６，Ｍ＝４の場合に、Ｎｓｃ＝１としてシステム帯域Ｎｂを１６本の搬送波に分割し、１６本の搬送波の中の１２本を用いて４値ＦＳＫ信号を３個生成すれば、同時に３個のＦＳＫシンボルを送信することとなる。このため、１６本の搬送波のうちの４本を使用して１個の４値ＦＳＫ信号を生成する場合に比べ、３倍の伝送レートを実現できる。ただし、送信信号が複数の正弦波の重ね合わせとなるためＰＡＰＲが大きくなるという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＡＰＲを増大させることなく、回路規模の増大を抑えて、多くの種類の伝送レートでの伝送を実現することができる送信装置、受信装置、通信システム、送信方法および受信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、搬送波幅の異なる複数の種類の搬送波を用いて変調シンボルを生成し、種類の異なる搬送波を用いて生成された変調シンボルが一定時間内に混在するよう配置する変調部、を備え、前記変調部により配置された変調シンボルを送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＰＡＰＲを増大させることなく、回路規模の増大を抑えて、多くの種類の伝送レートでの伝送を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態１の送信装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、ＣＰ付加の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１の搬送波の一例を示す図である。
【図４】図４は、Ｍ＝４，Ｎｂ=１６の場合に、Ｎｓｃ＝２のシンボルとＮｓｃ＝４のシンボルとを混在させたブロックの一例を示す図である。
【図５】図５は、Ｎｂ=６４，Ｍ＝４の場合に、Ｎｓｃ＝４のシンボルとＮｓｃ＝８のシンボルとを混在させたブロックの一例を示す図である。
【図６】図６は、図３に示した信号に雑音が重畳した信号の一例を示す図である。
【図７】図７は、伝送レートと実現方法の対応を示す表の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１の受信装置の構成例を示す図である。
【図９】図９は、ＢＥＲ特性の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、電力密度が周波数領域で同一になるように混在させたブロックの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、Ｎｓｃを変化させた場合の送信信号の様子を示す図である。
【図１２】図１２は、Ｎｂ＝１２の場合に、Ｎｓｃ＝２のシンボルとＮｓｃ＝４のシンボルとを混在させたブロックの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態４の電力密度が周波数領域で同一になるように混在させたブロックの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる送信装置、受信装置、通信システム、送信方法および受信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる送信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の送信装置は、符号化部１、伝送レート制御部２、変調部３、ＣＰ付加部４、帯域制限フィルタ５、電力増幅器６およびアンテナ７を備える。
【００２１】
符号化部１は、入力される情報ビット系列に対し、誤り訂正符号化処理を実施する。その後、符号化部１は、必要に応じてインターリーブを行い送信シンボルの順序を入れ替えてビット列として出力する。インターリーブはビット単位ではなくシンボル単位で実施する。伝送レート制御部２は、変調部３に対して、送信信号の伝送レートを指示する。変調部３は、伝送レート制御部２から指示された伝送レートに基づき、符号化部１から出力されるビット列を変調してＦＳＫ信号を生成する。伝送レートごとに、どのように当該伝送レートを実現するか（どのＮｓｃ値の信号を生成し、どのような順番で送信するか）については、予め変調部３に設定されているとする。二次変調として拡散処理が必要な場合、変調部３は生成したＦＳＫ信号に拡散処理を実施後に出力する。変調部３が拡散処理の際に使用する拡散系列については特に限定はない。
【００２２】
ＣＰ付加部４は、変調部３より出力される１ブロック分のＦＳＫ信号に対しＣＰを付加し、ブロック化する。図２は、ＣＰ付加の一例を示す図である。このように、ＣＰ付加部４は、送信データ（この場合は、１ブロック分のＦＳＫ信号）の一部をコピーしてＣＰとして付加する。ただし、ブロック化する必要がない場合、ＣＰ付加部４は不要である。
【００２３】
帯域制限フィルタ５は、ＣＰ付加部４から出力された信号に対して帯域制限を実施する。電力増幅器６は、帯域制限後の信号を増幅する。アンテナ７は、増幅後の信号を送信する。
【００２４】
本実施の形態は、ＦＳＫ，ＭＳＫ（Minimum  Shift  Keying），ＧＭＳＫ（Gaussian  filtered  Minimum  Shift  Keying）などの、送信信号に応じて信号の周波数を変化させる変調方式に適用可能である。なお、以下の説明では変調方式としてＦＳＫを用いる場合を想定して記載するが、送信信号に応じて信号の周波数を変化させる変調方式であれば、他の変調方式を用いる場合であっても、本実施の形態の構成および動作は適用可能である。
【００２５】
まず、本実施の形態における複数の伝送レートの実現方法の概要を説明する。本実施の形態では、異なる搬送波幅のシンボルを混在させることで、異なる伝送レートを実現する。図３は、本実施の形態の搬送波の一例を示す図である。搬送波幅をＮｓｃとし、システム帯域をＮｂとすると、システム帯域はＮｂ／Ｎｓｃ本の搬送波に分割されることとなる。このときのＮｓｃの値を変えることで、２のべき乗単位で異なる伝送レートを実現できる。なお、ここでは、システム帯域Ｎｂ、Ｎｓｃを所定の周波数幅の単位帯域の個数で示す。
【００２６】
図３には、Ｍ＝４，Ｎｂ=１６(システム帯域Ｎｂが１６個の単位帯域で構成される)とした場合、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つのケースを示している。
（ａ）Ｎｓｃ＝１とし、システム帯域Ｎｂを１６本の搬送波に分割し、そのうちの４本を使用して４値ＦＳＫ信号を生成する。
（ｂ）Ｎｓｃ＝２とし、システム帯域Ｎｂを８本の搬送波に分割し、そのうちの４本を使用して４値ＦＳＫ信号を生成する。伝送レートは（ａ）の２倍となる。また、シンボル長および１シンボルあたりの電力が（ａ）の１／２倍となる。
（ｃ）Ｎｓｃ＝４とし、システム帯域Ｎｂを４本の搬送波に分割し、その４本を使用して４値ＦＳＫ信号を生成する。伝送レートは（ａ）の４倍となる。また、シンボル長および１シンボルあたりの電力が（ａ）の１／４倍となる。
【００２７】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれの実線は４値ＦＳＫ信号の送信に用いる４本の搬送波を示し、点線は４値ＦＳＫ信号の送信に用いられない搬送波を示す。なお、本実施の形態では、時間領域での電力密度が一定であるが、シンボル長が異なるため、上記図３（ａ），（ｂ），（ｃ）の電力（周波数領域の電力）は、搬送波幅に応じて変わる。
【００２８】
本実施の形態では、上記の図３の例において、例えば、「（ｂ）Ｎｓｃ＝２の場合」のＦＳＫシンボル（Ｎｓｃ＝２のシンボル）と、「（ｃ）Ｎｓｃ＝４の場合」のＦＳＫシンボル（Ｎｓｃ＝４のシンボル）とを混在させるように送信信号を生成する。図４は、Ｍ＝４，Ｎｂ=１６の場合に、Ｎｓｃ＝２のシンボルとＮｓｃ＝４のシンボルとを混在させたブロックの一例を示す図である。ＦＳＫシンボル＃１はＮｓｃ＝２のシンボルであり、ＦＳＫシンボル＃２、＃３は、Ｎｓｃ＝４のシンボルである。このようにして生成された送信信号は、１ブロックでＦＳＫシンボルを３個送信することとなり、１ブロックでＦＳＫシンボルを２個送信する図３（ｂ）の場合と１ブロックでＦＳＫシンボルを４個送信する図３（ｃ）の場合との中間の伝送レートを実現することができる。
【００２９】
図５は、Ｎｂ＝６４，Ｍ＝４の場合に、Ｎｓｃ＝４（１ブロックあたりＦＳＫシンボル４個）のシンボルとＮｓｃ＝８（１ブロックあたりＦＳＫシンボル８個）のシンボルとを混在させたブロックの一例を示す図である。２種類（２種類の搬送波幅の）のシンボルを混在させる際の割合を変化させることで、多くの伝送レートを実現可能である。図５（ａ）、（ｂ）は、Ｎｓｃ＝４のシンボルとＮｓｃ＝８のシンボルとを電力比１：１で混在させる場合の例であり、Ｎｓｃ＝４の場合とＮｓｃ＝８の場合とのちょうど中間の伝送レート（１ブロックあたりＦＳＫシンボル６個）を実現できる。また、電力比は１：１であるが、Ｎｓｃ＝８の場合のシンボル長はＮｓｃ＝４の場合のシンボル長の１／２倍であるため、シンボル数の比は１：２となる。また、図５（ｃ）は、電力比３：１で混在させる場合であり、１ブロックあたりＦＳＫシンボル５個となり、図５（ａ），（ｂ）より小さい伝送レートを実現することができる。
【００３０】
図４、図５（ａ）〜（ｃ）の例では、１ブロック周期で異なる種類のＦＳＫシンボルを混在させるようにした。しかしながら、混在させる際の周期は１ブロックに限定されず、２ブロック以上の周期としてもよい。例えば、図５（ｄ）、（ｅ）は２ブロックの周期で、２種類のシンボルを混在させる例を示している。図５（ｄ）の例は、Ｎｓｃ＝４のシンボルとＮｓｃ＝８のシンボルの電力比を３：５としており、２ブロック中のシンボル数が１３であり、１ブロックあたりのシンボル数は６．５個となる。図５（ｅ）の例は、Ｎｓｃ＝４のシンボルとＮｓｃ＝８のシンボルの電力比を１：１としており、伝送レートは図５（ａ），（ｂ）と同じになる。
【００３１】
次に異なる搬送波幅のシンボルを混在する際に考慮すべき事項について説明する。図６は、図３に示した信号に雑音が重畳した信号の一例を示す図である。Ｎｓｃが大きい、すなわち搬送波幅が大きいシンボルほど周波数領域での搬送波の電力密度が小さい。そのため、搬送波幅が大きいシンボルほど雑音の影響を受けやすく誤り率特性が悪い。従って、誤り訂正符号化処理を実施することにより、雑音の影響を低減することが望ましい。雑音の影響を低減するためには、誤り率特性の悪いシンボルが可能な限り連続して送信されないようにする。例えば、図５（ａ），（ｂ），（ｅ）は、同一の伝送レートとなるが、搬送波幅が大きいシンボルが（ａ）では２つ連続し、（ｂ）では４つ連続し、（ｅ）  では８つ連続して送信される。このため、図５（ａ），（ｂ），（ｅ）のうち、図５（ｅ）の場合に最も雑音の影響を受けやすくなると考えられる。
【００３２】
しかしながら、送信装置の符号化部１が、誤り訂正符号化後の送信ビット列に対し、インターリーブを行う場合には、シンボルの混在のさせ方の違い（図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）の違い）による雑音の影響の受けやすさの差は生じないと考えられ、問題とはならない。一方、音声通信等のインターリーブを行えないような場合には、シンボルの混在のさせ方の違いにより雑音の影響の受けやすさに差が生じることがある。このような場合、可能な限り、搬送波幅の大きいシンボルが連続しないようにシンボルを混在させることが望ましい。すなわち、インターリーブを行えない場合には、例えば図５（ａ），（ｂ），（ｅ）の伝送レートの送信を行う場合、搬送波幅の大きいシンボルが最も連続しない（ａ）の方法を選ぶことが望ましい。
【００３３】
なお、上述したように、ＦＳＫ信号の復号処理はシンボル単位で実施される。このため、インターリーブを行う際もビット単位ではなくシンボル単位で実施する。
【００３４】
以上では、２種類の搬送波幅のシンボルを混在させる例について説明した。しかしながら、３種類以上の搬送波幅のシンボルを混在させることも可能である。また、これまでの例ではＮｂ／Ｎｓｃ本の搬送波のうち、隣接したＭ本の搬送波を用いてＭ値ＦＳＫ信号を生成していたが、必ずしも隣接したＭ本を用いる必要はなく、Ｎｂ／Ｎｓｃ本の搬送波のうちの任意のＭ本を用いることができる。ただし、どのＭ本を用いるかは、受信装置も知っている必要がある。このため、送信装置からこの情報を受信装置へあらかじめ送信しておくか、または送信装置、受信装置の両方がこの情報をあらかじめ保持しておく等の方法が考えられる。
【００３５】
次に、より一般化した説明を示す。Ｋ（Ｋは２以上の整数）種類の搬送波幅のシンボルを混在させる場合を考える。各々の種類に対応するＮｓｃをＮｓｃ（０）,  Ｎｓｃ（１）,…,  Ｎｓｃ（Ｋ−１）とする。混在させる際の電力比をｒ（０）：ｒ（１）：…：ｒ（Ｋ−１）とする。このときシンボル数の比はＮｓｃ（０）ｒ（０）：Ｎｓｃ（１）ｒ（１）：…：Ｎｓｃ（Ｋ−１）ｒ（Ｋ−１）となる。また、ＣＰを除いたブロック長をＮとすると、Ｎｓｃ＝Ｎｓｃ（ｋ）のときのシンボル長はＮ／Ｎｓｃ（ｋ）となるので（０≦ｋ＜Ｋ）、Ｋ種類の搬送波を混在させた時の１ブロックあたりのシンボル数Ｎｓｙｍは以下の式（１）のようになる。
【００３６】
【数１】
2015041919.tif 000003
【００３７】
したがって、実現すべき伝送レートが与えられた場合、その伝送レートに対応した１ブロックあたりのシンボル数Ｎｓｙｍを求め、それを実現するＫ，Ｎｓｃ（ｋ），ｒ（ｋ）の値を上記の式（１）により計算する。Ｎｓｙｍに基づいて計算されるＫ，Ｎｓｃ（ｋ），ｒ（ｋ）の解は１組とは限らない。解が複数組存在する場合、複数組のなかから１組を選択しておく。このときの選択基準は、任意の選択基準を用いることができる。例えば、Ｋが最小となる組を選択する、Ｎｓｙｍの最大値と最小値の比が最も小さい組を選択する、といった選択基準が考えられる。
【００３８】
以上のようにしてＮｓｙｍごとに計算した（または計算して選択した）Ｋ，Ｎｓｃ（ｋ），ｒ（ｋ）を送信装置が伝送レートの実現方法（ＦＳＫシンボル（変調シンボル）を生成する際に用いる１つ以上の搬送波の種類（搬送波幅）を示す情報とＦＳＫシンボルの配置を指定する情報）として保持しておき、伝送レートに応じて実現方法を選択する（決定する）ことができる。
【００３９】
例えばＮｂ＝１６，Ｍ＝４の場合に、変調部３が伝送レートと実現方法とが格納された情報を保持しておけばよい。図７は、伝送レートと実現方法の対応を示す表の一例を示す図である。変調部３が、図７で表として示した情報を保持しておくことで、伝送レートに応じた実現方法を取得することができる。図７の例では、４種類の伝送レートを実現可能である。図７のインデックス＃１、＃２、＃４の伝送レートを、１ブロックを単一の搬送波幅のシンボルで構成することにより実現し、インデックス＃３の伝送レートについては複数の搬送波幅のシンボルを混在させることにより実現する。例えば、変調部３は伝送レート制御部２より図７のインデックス値を指示されると、指示されたインデックス値に対応する実現方法に基づいてＦＳＫ信号を生成する。ただし、伝送レート制御部２より指示されるのは必ずしもインデックス値である必要はなく、伝送レート値を指示する等としてもよい。または、１ブロック内のシンボル数を指定するといった方法でも問題ない。
【００４０】
一般化すると、次のようになる。１ブロック内のシンボル数をＮｓｙｍとし、ｉ番目（０≦ｉ＜Ｎｓｙｍ）のシンボルのシンボル長をＬ（ｉ）とする。ＣＰを除いたブロック長をＮとすると、Ｎは以下の式（２）となる。変調部３ではＮｓｙｍ個のシンボルを生成し、これらを時間領域で多重して長さＮの信号を生成する。
【００４１】
【数２】
2015041919.tif 000004
【００４２】
次に、本実施の形態の受信装置について説明する。図８は、本実施の形態の受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、アンテナ１１、帯域制限フィルタ１２、ＣＰ除去部１３、ＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）部１４、ＦＤＥ部１５、ＩＦＦＴ部１６、復調部１７、伝送レート制御部１８および復号部１９を備える。実施の形態の受信装置は、上述した本実施の形態の送信装置から送信された信号を受信するが、本実施の形態の送信装置以外の送信装置から送信された信号を受信して処理可能なように構成してもよい。以下では、本実施の形態の送信装置から送信された信号を受信する際の受信装置の動作について説明する。
【００４３】
受信装置のアンテナ１１にて受信された信号は、帯域制限フィルタ１２に入力される。帯域制限フィルタ１２は、受信信号に対して帯域制限を実施し、必要な周波数の信号を抽出する。ＣＰ除去部１３は、帯域制限フィルタ１２から出力される受信信号からＣＰを除去する。ただし、ブロック化が不要であり送信装置においてＣＰが付加されていない場合には、受信装置のＣＰ除去部１３は不要である。ＦＦＴ部１４は、時間領域信号であるＣＰ除去後の受信信号を周波数領域信号に変換する。ＦＤＥ部１５は、周波数領域信号に対して周波数領域等化処理を行い、信号ひずみを補償する。その後、ＩＦＦＴ部１６は、ＦＤＥ部１５による処理後の信号を、時間領域信号に変換する。なお、信号のひずみを補償する必要がなく周波数領域等化を行わない場合であれば、ＦＦＴ部１４、ＦＤＥ部１５およびＩＦＦＴ部１６は不要である。
【００４４】
復調部１７は、ＩＦＦＴ部１６から出力される時間領域信号であるＦＳＫ信号の復調処理を実施する。ただし、送信装置において拡散処理を行う場合は、復調部１７は、まず逆拡散を実施し、その後、ＦＳＫ信号の復調処理を行う。
【００４５】
ＦＳＫ信号の復調処理では、具体的には各シンボルの軟判定尤度を計算し、計算結果を復号部１９に出力する。ここで、処理中のブロック内のシンボル数をＮｓｙｍとし、ｉ番目（０≦ｉ＜Ｎｓｙｍ）のシンボルのシンボル長をＬ（ｉ）とする。ＣＰを除いたブロック長をＮとすると、Ｎは上記式（２）となる。復調処理では、まず１シンボル目（最初の長さＬ（０）のシンボル）の軟判定値を計算する。次に２シンボル目（次の長さＬ（１）のシンボル）の軟判定値を計算する。この処理を順に行い、Ｎｓｙｍ個のシンボルの軟判定値を計算する。
【００４６】
上述したとおり、軟判定尤度はシンボル単位で計算する。また、搬送波幅が大きいシンボル（Ｎｓｃの大きいシンボル）ほど誤り率特性が悪くなる。そこで、復調部１７は、各シンボルの搬送波幅に応じて軟判定尤度に重み付けを行い、復号部１９に出力するようにしてもよい。例えばＫ種類の搬送波幅のシンボルを混在させている場合であれば、ｋ番目（０≦ｋ＜Ｋ）の搬送波幅のシンボルの重みをｗ（ｋ）とし、軟判定尤度にｗ（ｋ）を乗じたものを復号部１９に出力するようにしてもよい。なお、重み付けは必ずしも実施する必要は無い。
【００４７】
伝送レート制御部１８は、送信装置の伝送レート制御部２と同様に、伝送レートを復調部１７へ指示する。伝送レート制御部１８が指示する伝送レートと送信装置において指示された伝送レートは一致している必要がある。このため、例えば、送信装置から受信装置へ伝送レートが通知されるようにしてもよいし、運用者等により送信装置の伝送レート制御部２が指示する伝送レートと受信装置の伝送レート制御部１８が指示する伝送レートとが同じになるように設定するようにしてもよい。復号部１９は、復調部１７から入力される軟判定尤度を用いて復号処理を行う。送信装置の符号化部１にてインターリーブを行っている場合は、復号部１９は、まずデインターリーブを行い、受信シンボルの順序を入れ替える。この際、復号部１９は、符号化部１でのインターリーブと同様に、シンボル単位で処理を行う。その後、復号部１９は、軟判定尤度を用いて復号処理を行い、得られたビット列を出力する。
【００４８】
ここで、復調部１７が実施する軟判定尤度の計算方法の一例を述べる。周波数がｆ（０）〜ｆ（Ｍ−１）のＭ本の搬送波を用いてＭ値ＦＳＫ信号を送信する場合を考える。送信装置におけるＦＳＫ変調時の各搬送波成分の実部の値をｕ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｍ）とし、受信装置におけるＦＳＫ復調時の各搬送波成分の実部の値をｒ（ｉ）（０≦ｉ＜Ｍ）とする。ＦＳＫ変調時に搬送波ｆ（ｊ）を選ぶ場合、各ｕ（ｉ）の値は以下の式（３）となる。ただし、選択される搬送波の周波数領域での信号値は、実部がＡであり、虚部が０であるとする。
【００４９】
【数３】
2015041919.tif 000005
【００５０】
受信装置の搬送波ｆ（ｉ）の実部の値がｒ（ｉ）であるとき、送信信号の搬送波ｆ（ｉ）の実部の値がｕ（ｉ）である事後確率は、ベイズの定理により以下の式（４）で表すことができる。
【００５１】
【数４】
2015041919.tif 000006
【００５２】
したがって、伝搬路として電力σ2の加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：Additive  White  Gaussian  Noise）のみを考慮すると、対数尤度比（ＬＬＲ:  Log  Likelihood  Ratio）は以下式（５）のようになる。
【００５３】
【数５】
2015041919.tif 000007
【００５４】
誤り訂正を行う区間において、雑音電力および信号レベルの変動が無視できるものとすると、２σ2は無視できる。さらに、変調多値数が一定であることからln（Ｍ−１）も無視できる。よって、対数尤度比は以下の式（６）のように表現できる。
【００５５】
【数６】
2015041919.tif 000008
【００５６】
さらにＬ´の第１項の係数２、および第２項Ａ2はｉによらず一定値であり、これらも無視することができる。したがって、対数尤度比は以下の式（７）のように表現できる。
【００５７】
【数７】
2015041919.tif 000009
【００５８】
よって、このＬ´´を軟判定尤度として用いることができる。ここで、上述したとおり、送信装置の変調部３にて選択される搬送波の周波数領域での信号値は、実部をＡとし虚部を０としている。Ｎｓｃを２n倍（ｎは１以上の整数）にすると搬送波の電力密度が２-n倍となり、Ａは√（２-n）＝２-n/2倍に小さくなる。したがって、ＡはＮｓｃの値、すなわち搬送波幅によって異なる値となり、前述の重みｗ（ｋ）の役割を果てしていると考えられる。このため、Ｌ´´の値を、重み付けを行うことなくそのまま復号部１９に出力することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、ブロック伝送を行う例について説明したが、ブロック伝送を行わない場合は、一定期間内で送信する信号において異なる搬送波幅のシンボルが混在するようにすればよい。
【００６０】
以上のように本実施の形態では、異なる搬送波幅のシンボルを混在させて送信する。このため、ＰＡＰＲを増大させることなく、複数の伝送レートを実現可能である。また、本実施の形態では、ＦＳＫ多値数は一定であり、復号回路は１種類でよいため、回路規模を大きく増大させることはない。本実施の形態では、複数の種類の搬送波幅のシンボルを混在させる際の混在比を変更することにより、複数の伝送レートを実現可能である。このように、本実施の形態では、ＰＡＰＲを増大させることなく、回路規模の増大を抑えて、多くの種類の伝送レートでの伝送を実現することができる。
【００６１】
実施の形態２．
次に、本発明にかかる実施の形態２の送信装置および受信装置について説明する。本実施の形態の送信装置および受信装置の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と同様の動作については、重複する説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。送信装置の変調部３および受信装置の復調部１７の動作以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６２】
図９は、ＢＥＲ特性（誤り率特性）の一例を示す図である。図９には、Ｎｂ＝４０９６，Ｍ＝１６，Ｎｓｃ＝１２８の場合のＢＥＲ特性（第１のＢＥＲ特性とする）と、Ｎｂ＝４０９６，Ｍ＝１６，Ｎｓｃ＝２５６の場合のＢＥＲ特性（第２のＢＥＲ特性とする）と、Ｎｂ＝４０９６，Ｍ＝１６とし、実施の形態１で述べたようにＮｓｃ＝１２８のシンボルとＮｓｃ＝２５６のシンボルを電力比１：１となるよう混在させた場合のＢＥＲ特性（第３のＢＥＲ特性とする）とを示している。図９のように、第１のＢＥＲ特性と第２のＢＥＲ特性は一致する。一方、第３のＢＥＲ特性は、第１のＢＥＲ特性、第２のＢＥＲ特性よりも特性が悪くなっている。これは、複数の種類の搬送波幅のシンボルが混在し、異なる誤り率のシンボルが混在することが原因と考えられる。
【００６３】
実施の形態１では各シンボルの電力密度が時間領域で同一となるようにした例を説明した。これに対し、本実施の形態では、ＢＥＲ特性を改善するために、シンボルごとに信号の電力調整を行い、各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるようにする。こうすることで、誤り率がシンボルごとに等しくなり、異なる搬送波幅のシンボルを混在しない場合と同じＢＥＲ特性を実現できるようになる。ただし、時間領域での電力密度がシンボルごとに異なるようになるため、送信信号のＰＡＰＲは実施の形態１に比べ大きくなるが、周波数領域で複数のＦＳＫ信号を多重する方法よりはＰＡＰＲの増大は少ない。
【００６４】
図１０は、電力密度が周波数領域で同一になるように混在させたブロックの一例を示す図である。図１０では、図３の（ｂ）Ｎｓｃ＝２の場合のシンボルと、図３の（ｃ）Ｎｓｃ＝４の場合のシンボルと、を各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるように混在させた例を示している。実施の形態１の方法で混在させた場合は図４のようになるが、図４の例では電力密度が時間領域で同一であり、周波数領域では搬送波幅が大きいシンボルほど電力密度が小さい。これに対し、図１０の例では、電力密度が周波数領域で同一であり、時間領域では搬送波幅が大きいシンボルほど電力密度が大きい。
【００６５】
本実施の形態の送信装置の変調部３の動作について説明する。送信装置の変調部３は、ＦＳＫシンボルを生成した後、シンボル間の電力調整を行い、各シンボルの周波数領域での電力密度が等しくなるようにする。Ｋ種類の搬送波幅のシンボルを混在させる場合、各々の種類のＮｓｃをＮｓｃ（０），Ｎｓｃ（１），…，Ｎｓｃ（Ｋ−１）とすると、電力調整前の各シンボルの周波数領域での電力密度の比は、Ｎｓｃの逆数の比、すなわち１／Ｎｓｃ（０）：１／Ｎｓｃ（１），…，：１／Ｎｓｃ（Ｋ−１）となる。そこで、ｋ番目（０≦ｋ＜Ｋ）の搬送波幅のシンボルの電力をＮｓｃ（ｋ）倍すれば、各シンボルの周波数領域での電力密度は等しくなる。そのためには、ｋ番目の搬送波幅のシンボルの複素信号を√（Ｎｓｃ（ｋ））倍すればよい。変調部３は、このようにして、１ブロック分の電力調整後のＦＳＫシンボルを生成する。その後、変調部３は、ブロック間の電力を同一とするための電力調整を行い出力する。ただし、拡散処理を行う場合は拡散後に出力する。
【００６６】
本実施の形態の受信装置の復調部１７の動作について説明する。復調部１７は、実施の形態１と同様に、各シンボルの軟判定尤度を計算して復号部１９に出力する。ただし、送信装置の変調部３にて拡散処理を行う場合は、復調部１７は、まず逆拡散を実施し、その後、ＦＳＫ信号の復調処理を実施する。軟判定尤度の計算方法としては実施の形態１と同様の方法が使用可能である。ただし、本実施の形態では送信装置の変調部３にて各シンボルの周波数領域での電力密度が同一となるようにしているため、計算時のＡの値は搬送波幅の違いによらず、全シンボルについて等しくなる。したがって、実施の形態１と同様に式（７）のＬ´´を軟判定尤度として用いても良いが、単にｒ（ｉ）を軟判定尤度として復号部１９に出力するようにしてもよい。
【００６７】
以上のように本実施の形態では、実施の形態１と同様に異なる搬送波幅のシンボルを混在させて送信するが、この際に、各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるように電力調整を行うようにした。このため、実施の形態１に比べて、誤り率特性を向上させることができる。
【００６８】
実施の形態３．
次に、本発明にかかる実施の形態３の送信装置および受信装置について説明する。本実施の形態の送信装置および受信装置の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と同様の動作については、重複する説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。送信装置の符号化部１および変調部３と受信装置の復調部１７および復号部１９との動作以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６９】
実施の形態１では、変調方式として、ＦＳＫ，ＭＳＫ，ＧＭＳＫなどの、送信信号に応じて信号の周波数を変化させる変調方式を用いる例を説明した。本実施の形態ではＰＳＫ（Phase  Shift  Keying），ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation），ＡＰＳＫ（Amplitude  and  Phase  Shift  Keying）に代表される線形変調方式において、実施の形態１と同様に異なるＮｓｃのシンボルを用いて複数の伝送レートを実現する方法を説明する。
【００７０】
図１１は、Ｎｓｃを変化させた場合の送信信号の様子を示す図である。図１１では、Ｎｂ＝１６としている。ＰＳＫ，ＱＡＭ，ＡＰＳＫでは、変調多値数によらず使用する搬送波は１本となる。図１１（ａ）はＮｓｃ＝１の場合を示し、図１１（ｂ）はＮｓｃ＝２の場合を示し、図１１（ｃ）はＮｓｃ＝４の場合を示している。本実施の形態では、異なるＮｓｃのシンボルを混在させることで異なる伝送レートを実現する。図１２は、Ｎｂ＝１６の場合に、Ｎｓｃ＝２のシンボル（図１１（ｂ））とＮｓｃ＝４のシンボル（図１１（ｃ））とを混在させたブロックの一例を示す図である。図１２のシンボル＃１は、Ｎｓｃ＝２のシンボルであり、図１２のシンボル＃２，＃３は、Ｎｓｃ＝４のシンボルである。このように、図１２の例では１ブロックでシンボルを３個送信することとなり、１ブロックでシンボルを２個送信する図１１（ｂ）の場合と１ブロックでシンボルを４個送信する図１１（ｃ）の場合との中間の伝送レートが実現されることになる。
【００７１】
送信装置の符号化部１は、入力されてくる情報ビット系列に対し、実施の形態１と同様に誤り訂正符号化処理を実施する。その後、必要に応じてインターリーブを行う。実施の形態１ではインターリーブをシンボル単位で実施することとしていた。これは、ＦＳＫではビットごとの軟判定尤度を容易に求めることができず、シンボル単位で尤度を求める必要があり、復号処理もシンボル単位で実施するためである。しかしながら、ＰＳＫやＱＡＭやＡＰＳＫのような線形変調方式では、ビットごとの軟判定尤度を求めることができるため、復号処理もビットごとに実施する。このため、符号化部１でのインターリーブもビット単位で実施可能である。ただし、シンボル単位でインターリーブを実施してもよい。
【００７２】
変調部３は、伝送レート制御部２より指示される伝送レートに基づき、符号化部１より入力されるビット列を変調して変調信号（ＰＳＫ信号，ＱＡＭ信号，ＡＰＳＫ信号等）を生成する。変調部３は、実施の形態１と同様に伝送レートと実現方法（どのＮｓｃ値の信号を生成し、どのような順番で送信するか）を保持している。本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、変調多値数に依らず使用する搬送波は１本である。変調部３は、生成した変調信号を出力する。ただし、実施の形態１と同様に、二次変調として拡散処理が必要な場合は拡散処理を実施後に出力する。その際に使用する拡散系列については特に限定はない。また、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、各シンボルの電力密度が時間領域で同一になるようにする。
【００７３】
受信装置の復調部１７は、受信信号に対して復調処理を実施する。ただし、送信装置の変調部３にて拡散処理を行う場合は、復調部１７は、まず逆拡散を実施し、その後、復調処理を実施する。
【００７４】
具体的には、復調部１７は、復調処理では各ビットの軟判定尤度を計算し、計算結果を復号部１９に出力する。この際、実施の形態１とは異なりシンボル単位ではなくビット単位で軟判定尤度を求める。実施の形態１で述べたように、搬送波幅が大きいシンボルほど誤り率特性が悪くなる。そこで、搬送波幅に応じて軟判定尤度に重み付けを行ってもよい。例えばＫ種類の搬送波幅のシンボルを混在させている場合であれば、ｋ番目（０≦ｋ＜Ｋ）の搬送波幅のシンボルの重みをｗ（ｋ）とし、復調部１７は、軟判定尤度にｗ（ｋ）を乗じたものを復号部１９に出力するようにしてもよい。なお、重み付けは必ずしも実施しなくてもよい。
【００７５】
復号部１９は、復調部１７から入力される軟判定尤度を用いて復号処理を行う。送信装置の符号化部１にてインターリーブを行っている場合は、復号部１９は、まずデインターリーブを行い、受信ビットの順序を入れ替える。その後、軟判定尤度を用いて復号処理を行い、得られたビット列を出力する。デインターリーブ、復号処理は共にビット単位で実施される。ただし、送信装置の符号化部にてシンボル単位でインターリーブを実施した場合には、デインターリーブもシンボル単位で実施する。
【００７６】
以上のように、本実施の形態では、線形変調方式を用いる場合に、実施の形態１と同様に、異なる搬送波幅のシンボルを混在させて送信する。このため、線形変調方式を用いる場合にも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
実施の形態４．
実施の形態３では、線形変調方式を用いる場合に、実施の形態１と同様に、異なる搬送波幅のシンボルを混在させて送信する例を説明した。線形変調方式を用いる場合も、複数の搬送波幅のシンボルを混在させた場合は、混在させない場合（Ｎｓｃ一定の場合）よりもＢＥＲ特性が劣化する。本実施の形態の送信装置および受信装置の構成は、実施の形態３と同様である。以下、実施の形態３と同様の動作については、重複する説明を省略し、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。送信装置の変調部３の動作以外の本実施の形態の動作は、実施の形態３と同様である。
【００７８】
本実施の形態では、ＢＥＲ特性の劣化を低減するため、実施の形態２と同様に各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるようにする。こうすることで、誤り率がシンボルごとに等しくなり、異なる搬送波幅のシンボルを混在しない場合と同じＢＥＲ特性を実現できるようになる。
【００７９】
図１３は、電力密度が周波数領域で同一になるように混在させたブロックの一例を示す図である。図１３では、図１１の（ｂ）Ｎｓｃ＝２の場合のシンボルと、図３の（ｃ）Ｎｓｃ＝４の場合のシンボルと、を各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるように混在させた例を示している。実施の形態３の方法で混在させた場合は図１２のようになるが、図１２の例では電力密度が時間領域で同一であり、周波数領域では搬送波幅が大きいシンボルほど電力密度が小さい。これに対し、図１３の例では、電力密度が周波数領域で同一であり、時間領域では搬送波幅が大きいシンボルほど電力密度が大きい。
【００８０】
送信装置の変調部３では、実施の形態３と同様に変調信号（シンボル）を生成後、シンボル間の電力調整を行い、各シンボルの周波数領域での電力密度が等しくなるようにする。各シンボルの周波数領域での電力密度が等しくなるような電力調整の方法は実施の形態２と同様である。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、線形変調方式を用いる場合に、異なる搬送波幅のシンボルを混在させて送信し、この際に、各シンボルの電力密度が周波数領域で同一になるように電力調整を行うようにした。このため、実施の形態３に比べて、誤り率特性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかる送信装置、受信装置、通信システム、送信方法および受信方法は、複数の伝送レートの伝送を実現する通信システムに有用であり、特に、ブロック伝送を行う通信システムに適している。
【符号の説明】
【００８３】
１  符号化部、２，１８  伝送レート制御部、３  変調部、４  ＣＰ付加部、５，１２  帯域制限フィルタ、６  電力増幅器、７，１１  アンテナ、１３  ＣＰ除去部、１４  ＦＦＴ部、１５  ＦＤＥ部、１６  ＩＦＦＴ部、１７  復調部。
【図１】
2015041919.tif 000010
【図２】
2015041919.tif 000011
【図３】
2015041919.tif 000012
【図４】
2015041919.tif 000013
【図５】
2015041919.tif 000014
【図６】
2015041919.tif 000015
【図７】
2015041919.tif 000016
【図８】
2015041919.tif 000017
【図９】
2015041919.tif 000018
【図１０】
2015041919.tif 000019
【図１１】
2015041919.tif 000020
【図１２】
2015041919.tif 000021
【図１３】
2015041919.tif 000022