(57)【要約】【課題】  増幅器での非線形増幅やクリップが発生する場合に対しても送信側で効果的に信号補償ができて、受信側で正しく復調できるようにする。【解決手段】  １伝送帯域内に複数のサブキャリアが配置されたＯＦＤＭ信号を送信する場合に、送信されるＯＦＤＭ信号を増幅処理するとき、その増幅処理により重畳される歪み成分を、ＯＦＤＭ信号を生成するシンボル信号の段階で加工して除去する除去処理を行うようにした。【選択図】      図１
2005086440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１伝送帯域内に複数のサブキャリアが配置されたＯＦＤＭ信号を送信するＯＦＤＭ信号送信方法において、
送信されるＯＦＤＭ信号を増幅処理する場合に、
前記増幅処理により重畳される歪み成分を、前記ＯＦＤＭ信号を生成するシンボル信号の段階で加工して除去する除去処理を行う
ＯＦＤＭ信号の送信方法。
【請求項２】
請求項１記載のＯＦＤＭ信号の送信方法において、
前記除去処理として、増幅処理されて歪み成分の付加されたＯＦＤＭ信号より得たシンボル信号と、元のシンボル信号との差分を利用して除去処理を行う
ＯＦＤＭ信号の送信方法。
【請求項３】
請求項１記載のＯＦＤＭ信号の送信方法において、
前記除去処理として、増幅処理されて歪み成分の付加されたＯＦＤＭ信号より得たシンボル信号と、元のシンボル信号と比の逆数を乗算したものを利用して除去処理を行う
ＯＦＤＭ信号の送信方法。
【請求項４】
１伝送帯域内に複数のサブキャリアが配置されたＯＦＤＭ信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置において、
送信シンボルを生成させる送信シンボル成分手段と、
前記送信シンボル生成手段で生成された送信シンボルをＯＦＤＭ信号とするＯＦＤＭ変調手段と、
前記ＯＦＤＭ変調手段で得られたＯＦＤＭ信号をアナログの送信信号に変換するアナログ変換手段と、
前記アナログ変換手段で変換された送信信号を増幅して送信する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された増幅信号に含まれる歪み成分と同等の成分を検出する歪み成分検出手段と、
前記歪み成分検出手段で検出された歪み成分に基づいた信号成分を送信シンボル成分手段で生成された送信シンボルに混合して、前記ＯＦＤＭ変調手段に記録する演算手段とを備えた
ＯＦＤＭ信号の送信装置。
【請求項５】
請求項４記載のＯＦＤＭ信号の送信装置において、
前記歪み成分検出手段は、前記増幅手段又は前記増幅手段と同等の構成の別の増幅手段により増幅されて歪み成分の付加されたＯＦＤＭ信号より得たシンボル信号と、元のシンボル信号との差分から歪み成分を検出する
ＯＦＤＭ信号の送信装置。
【請求項６】
請求項４記載のＯＦＤＭ信号の送信装置において、
前記歪み成分検出手段は、前記増幅手段又は前記増幅手段と同等の構成の別の増幅手段により増幅されて歪み成分の付加されたＯＦＤＭ信号より得たシンボル信号と、元のシンボル信号と比の逆数を乗算したものを利用して歪み成分を検出する
ＯＦＤＭ信号の送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex ：直交周波数分割多重）信号の送信方法及び送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば映像信号や音声信号を伝送するシステムにおいて、高品質な伝送や周波数効率の向上に優れた方式として、直交周波数分割多重方式（以下ＯＦＤＭ方式と称する）が採用される場合がある。このＯＦＤＭ方式は、１チャンネルの帯域内に直交する多数のサブキャリアを用いる変調方式である。送信側では、原信号が例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying ）方式や多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）方式でエンコードされ、Ｉ軸成分（実数成分）およびＱ軸成分（虚数成分）を有する複数の複素シンボル信号に変換される。この後、複数の複素シンボル信号を直交するように選択された複数のサブキャリアと乗算し、それらのサブキャリア（副搬送波）を重ね合わせることによりＯＦＤＭ信号が構成される。このＯＦＤＭ信号を生成させる処理には、通常、逆フーリエ変換アルゴリズムが使用される。このアルゴリズムの実装には、ＩＦＦＴ（Inverse Fast FourieTransform ）あるいはＩＤＦＴ（Inverse Discrete FourieTransform ）が用いられる。その後、高周波の送信周波数（ＲＦ周波数）に変調された後、増幅装置（HPA ：High Power Amplifier）にて増幅され伝送される。
【０００３】
一方、受信側では、ＲＦ周波数から中間周波数へとダウンコンバートすることによって得られたＯＦＤＭ信号に対して、直交検波を行った後、送信時とは逆の変換であるフーリエ変換によって複素シンボル信号を復調する。このアルゴリズムの実装にはＦＦＴ（Fast FourieTransform ）、あるいは、ＤＦＴ（Discrete FourieTransform ）が用いられる。その後に、送信側でのエンコードと逆のＱＰＳＫデコードや多値ＱＡＭデコードなどにより複素シンボル信号から原信号を取り出す処理が行われる。
【０００４】
図６は、従来のＯＦＤＭ信号の送信構成の一例を示した図である。この例では、プリディストータにより送信歪みの補償を行う構成とした例である。コーディング部１でエンコードされた送信信号を、ＩＦＦＴ回路２（又はＩＤＦＴ回路）に供給して、逆フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号に変換し、変換されたＯＦＤＭ信号を、デジタル／アナログ変換器３に供給してアナログ信号とする。そして、変換されたアナログ信号を、プリディストータ４に供給し、後段の増幅器７で加わる歪み補償を行い、そのプリディストータ４で歪み補償された信号を、アップコンバータを構成する混合器５に供給して、発振器６の出力を混合して、送信周波数の信号とする。混合器５で送信周波数とされた送信信号を、増幅器（ＨＰＡ）７に供給して増幅し、増幅された信号をアンテナ８から無線送信させる。
【０００５】
図７は、このようにして無線送信されたＯＦＤＭ信号を受信する従来の構成例を示した図である。アンテナ１１で受信した信号は、混合器１２に供給して発振器１３の出力を混合して、所定の送信周波数の信号を中間周波信号（又はベースバンド信号）に変換する。周波数変換された信号は、自動利得コントロール（ＡＧＣ）処理を行う増幅器１４で増幅し、増幅された信号をアナログ／デジタル変換器１５に供給する。アナログ／デジタル変換器１５で変換されたデジタルデータは、ＦＦＴ回路１６（又はＤＦＴ回路）に供給して、フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号からの復調を行い、復調信号をデコーダ１７に供給して、送信側のコーディング部１でエンコードされた信号のデコードを行う。
【０００６】
特許文献１には、ＯＦＤＭ信号の受信復調処理を、ＦＦＴ回路によるフーリエ変換アルゴリズムで行うことについての記載がある。特許文献２には、ＯＦＤＭ信号の変調処理を、ＩＦＦＴ回路による逆フーリエ変換アルゴリズムで行うことについての記載がある。
【特許文献１】特開２００３−１３４０８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の通り、ＯＦＤＭ信号は直交する複数のサブキャリアを用いて変調を行うため、周波数利用効率に優れ、また、シンボル長を長く取ることができるため、マルチパスフェーディングに強い方式として知られている。しかしながら、ＯＦＤＭ信号は複数のサブキャリアを重ね合わせるため、複素シンボル信号により決定されるサブキャリアの振幅や位相によって、振幅のピークが大きなものや、小さなものが発生し、振幅変動が大きいことで知られている。従って、送信側最終段の増幅器（図６中の増幅器７）には、ＯＦＤＭ信号の大きい振幅変動特性に対応し、幅広い領域で線形に増幅する性能が要求される。実際には、増幅器の小型化やコスト削減と、増幅器の線形特性はトレードオフの関係にあり、多少の非線形性は許容され採用されているのが実状である。
【０００８】
このため、増幅器として多少の非線形性を持つものを使用した場合に、その非線形性を改善するために、図６に示したようなプリディストータ４を使用する構成とすることが考えられる。プリディストータでは、増幅器での非線形性と逆特性の補償をすることで、増幅器が線形特性になることになる。ところが実際には、プリディストータで完全な補償をすることは不可能である。図８は、増幅器の入出力特性例を示した図である。この図８に示すように、あるレベル以上の入力に対しては、出力レベルが追随しなくなる飽和特性ａをもっていて、信号の振幅が大きくなるとクリッピングが発生する。この特性ａと逆特性のプリディストータを考えた場合、図９に示した特性ｂとなる。ところが実際には、この特性ｂでは、大きい振幅を持った信号は復元できず、結局、理想的なプリディストータシステムを構築することは不可能である。
【０００９】
本発明の目的は、増幅器での非線形増幅やクリップが発生する場合に対しても送信側で効果的に信号補償ができて、受信側で正しく復調できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、１伝送帯域内に複数のサブキャリアが配置されたＯＦＤＭ信号を送信する場合に、送信されるＯＦＤＭ信号を増幅処理するとき、その増幅処理により重畳される歪み成分を、ＯＦＤＭ信号を生成するシンボル信号の段階で加工して除去する除去処理を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の送信処理を行うことで、送信回路が備える増幅器の非線形増幅作用により、ＯＦＤＭ信号に歪みが付加されたとしても、歪みの影響を大きく下げることが可能である。また本発明による非線形特性補償の構成は非常に単純であるため、装置のコスト削減や信頼性確保において、極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。本例においては、ＯＦＤＭ信号の無線送信装置に適用したもので、送信用の増幅器の非線形歪みを補償するようにしたものである。
【００１３】
図１は、本例の送信構成例を示したブロック図である。コーディング部２１で送信用にエンコード（マッピング）された送信信号（シンボル信号）を混合器２２に供給して、後述する非線形特性補償器３４からの補償用信号を混合する。混合器２２の出力は、ＩＦＦＴ回路２３（又はＩＤＦＴ回路）に供給して、逆フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号に変換し、変換されたＯＦＤＭ信号を、デジタル／アナログ変換器２４に供給してアナログ信号とする。そして、変換されたアナログ信号を、アップコンバータを構成する混合器２５に供給して、発振器２６の出力を混合して、送信周波数の信号とする。混合器２５で送信周波数とされた送信信号を、増幅器（ＨＰＡ）２７に供給して増幅し、増幅された信号をアンテナ２８から無線送信させる。
【００１４】
そして本例においては、増幅器２７の出力を、ダウンコンバータを構成する混合器２９に供給して、発振器３０の出力を混合して、送信周波数から中間周波信号にダウンコンバートする。そして、そのダウンコンバートされた信号を、アナログ／デジタル変換器３１に供給してデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を逆数回路３２に供給して、逆数の値とする演算処理を行い、逆数値をＦＦＴ回路（又はＤＦＴ回路）３３に供給して、フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号からの復調を行い、復調されたシンボル信号を、非線形特性補償器３４に供給する。
【００１５】
非線形特性補償器３４には、コーディング部２１が出力する送信シンボル信号についても供給され、ＦＦＴ回路３３で復調された送信シンボル信号と比較して、その差分を検出し、その差分に基づいて増幅器２７の非線形特性による歪みの補償信号を生成し、その補償信号を混合器２２に供給して、歪みの補償処理を行う。
【００１６】
ここで、本例の非線形特性補償器３４での補償処理を数式で示すと、以下のようになる。ここで、ＭはＯＦＤＭ信号のサブキャリア数である。
【数１】
2005086440.tif 000003
【００１７】
なお、非線形特性補償器３４での補償処理として、次の数２式による処理、或いは数３式による処理で実行しても良い。数３式において、関数ｆ（ｘ，ｙ）は、非線形成分を除去する関数である。
【数２】
2005086440.tif 000004
【数３】
2005086440.tif 000005
【００１８】
このように構成したことで、増幅器２７による非線形歪みを除去した信号を無線送信することが可能になる。即ち、本例の歪み除去を行わずに、増幅器２７で増幅された信号をそのまま伝送すれば、増幅器２７の非線形性作用による歪みが入り込んだ状態で情報が送信されるため、正しいシンボル信号を復調することはできない。歪みによりシンボル信号のパワーは他の周波数に散逸し、もともと情報の載っていた周波数のパワーが小さくなるためである。ここで本例の場合には、ひずみによるシンボル信号のパワーの散逸量を計算し、その分をあらかじめ付加してシンボル信号を構成するようにしたので、歪みのない良好な送信信号が生成される。この場合、送信シンボル信号の修正で処理できるので、非常に単純な装置構成で可能になる。なお、受信側については、従来のＯＦＤＭ信号の受信機と同様の構成で良い。
【００１９】
図２は、本例の歪み補償処理によるＯＦＤＭ信号の波形例を示した図である。図中、実線で示した波形が、元の信号波形であり、破線で示した波形が、非線形歪を除去するための成分が重畳された信号波形である。
【００２０】
図３は、送信前のオリジナルの複素シンボル信号と、本例の歪み補償処理を行って送信した信号を復調した複素シンボル信号と、本例の歪み補償処理を行わないで送信した信号を復調した複素シンボル信号とを、計算機シミュレーションした結果を、それぞれＩ−Ｑ平面に記した図である。図中、○印で示したのがオリジナル位相で、×印で示したのが本例の歪み補償処理を行って伝送された信号を復調した複素シンボル信号で、三角印で示したのが本例の歪み補償処理を行わないで送信した信号を復調した従来処理による複素シンボル信号である。従来処理では、オリジナル位相と大きく異なっている箇所があり、正しく復調できていないのに対し、本例の処理では、オリジナル位相とほぼ一致して、ほぼ正しい値に復調されていることがわかる。なお本例の場合、復調結果は完全にオリジナル位相と一致してはいないが、隣接シンボルとは大きく離れているためエラーとなることはなく、結果的に正しく原信号が得られる。
【００２１】
なお、この計算機シミュレーションした信号は、シミュレーションする上での条件として、ＯＦＤＭ信号に変調する前のデータの変調方式が６４ＱＡＭであり、ＯＦＤＭ信号に変調する際のエフェクトタイムが３．２μ秒で、サブキャリア間隔が３１２．５ｋＨｚで、データのサンプリング周期が５０ｎ秒で、サンプリング数が６４で、サブキャリア数が２６の場合の例としてある。
【００２２】
以上の計算機シミュレーションの結果から判るように、本例の処理構成とすることで、増幅器で非線形歪みが付加されても、単純な構成にもかかわらず効果の大きい補償ができることがわかる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図４及び図５を参照して説明する。本例においても、ＯＦＤＭ信号の無線送信装置に適用したものである。
【００２４】
本例においても、第１の実施の形態と同様に、送信用の増幅器の非線形歪みを補償するようにしたものである。即ち、コーディング部４１で送信用にエンコード（マッピング）された送信信号（シンボル信号）を非線形特性補償器４２に供給して、この補償器４２内で検出された非線形特性歪み特性補償成分を送信信号に混合する。非線形特性補償器４２の構成については後述する。
【００２５】
そして、非線形特性補償器４２の出力を、ＩＦＦＴ回路４３（又はＩＤＦＴ回路）に供給して、逆フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号に変換し、変換されたＯＦＤＭ信号を、デジタル／アナログ変換器４４に供給してアナログ信号とする。そして、変換されたアナログ信号を、アップコンバータを構成する混合器４５に供給して、発振器４６の出力を混合して、送信周波数の信号とする。混合器４５で送信周波数とされた送信信号を、増幅器（ＨＰＡ）４７に供給して増幅し、増幅された信号をアンテナ４８から無線送信させる。
【００２６】
図５は、非線形特性補償器４２の構成例を示した図である。入力したシンボル信号は、ＩＦＦＴ回路４２ａに供給して、逆フーリエ変換アルゴリズムでＯＦＤＭ信号に変換し、変換された信号を増幅器歪みモデル設定部４２ｂに供給して、増幅器４７での増幅時に発生する非線形歪みと同様の歪み付加処理を行う。そして、その非線形歪みが付加されたＯＦＤＭ信号をＦＦＴ回路４２ｃに供給してシンボル信号に逆変換し、変換されたシンボル信号を補償演算器４２ｄに供給する。そして、補償演算器４２ｄでは、コーディング部４１から供給されたシンボル信号と、ＦＦＴ回路４２ｃで変換されたシンボル信号とを比較して、両信号の差分を検出して、補償演算処理を行う。補償演算処理については、例えば既に説明した数１式，数２式，数３式のいずれかの演算処理が適用可能である。
【００２７】
図４，図５に示した本実施の形態による構成の場合にも、第１の実施の形態で説明した場合と同様に、増幅器４７による非線形歪みを除去した信号を無線送信することが可能になり、受信側で正しい信号が復調できる。
【００２８】
なお、ここまで説明した実施の形態では、それぞれの処理構成については、ハードウェアで構成された送信装置の構成を想定したが、例えばパーソナルコンピュータ装置の如き演算処理装置に、送信処理を行うボードやカードなどを接続して、ＯＦＤＭ信号を生成させる変調手段や、その前段での非線形特性補償手段などについては、演算処理装置に組み込まれたソフトウェアによる演算処理で実行するようにして、同様の処理を実現するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による送信構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による送信信号波形の補償例を示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による伝送特性例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による送信構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による非線形特性補償器の構成例を示すブロック図である。
【図６】従来の送信構成例を示したブロック図である。
【図７】従来の受信構成例を示したブロック図である。
【図８】増幅器の入出力特性例を示した特性図である。
【図９】プリディストータの入出力特性例を示した特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
２１…コーディング部、２２…混合器、２３…ＩＦＦＴ回路、２４…デジタル／アナログ変換器、２５…混合器、２６…発振器、２７…増幅器（ＨＰＡ）、２８…アンテナ、２９…混合器、３０…発振器、３１…アナログ／デジタル変換器、３２…逆数回路、３３…ＦＦＴ回路、３４…非線形特性補償器、４１…コーディング部、４２…非線形特性補償器、４２ａ…ＩＦＦＴ回路、４２ｂ…増幅器歪みモデル設定部、４２ｃ…ＦＦＴ回路、４２ｄ…補償演算器、４３…ＩＦＦＴ回路、４４…デジタル／アナログ変換器、４５…混合器、４６…発振器、４７…増幅器（ＨＰＡ）、４８…アンテナ
【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】
2005086440.tif 000012
【図８】
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【図９】
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