(57)【要約】【課題】  信号のピークファクタ値を低減し、信号の歪みがなくＳ／Ｎ比も良好なＯＦＤＭ通信装置を提供する。【解決手段】  少なくとも送信系として送信データを各周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送波に分散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッパ３と、被変調信号を時間領域において多重化しＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換器５とを備える。受信系として受信ＯＦＤＭ信号から直交する複数の搬送波を生成するフーリエ変換器１５と、所定の復調処理を行うシンボルデマッパ１３とを備える。送信系において複数の搬送波の位相をランダムに拡散させるとともに位相調整角の分布が均一になるようにした送信系位相調整器２２を備え、受信系においてランダムに拡散した位相を補正する受信系位相調整器３２を備え、ＯＦＤＭ信号に係わるピークファクタ値を低減する。【選択図】図１
2007060574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う搬送波の帯域を一部重複しつつお互いに直交する複数の搬送波に分散して多重送信するＯＦＤＭ通信方式において、各搬送波の位相を、ランダムに拡散させるとともに位相調整角の分布が均一になるように位相調整することを特徴とするＯＦＤＭ通信方式。
【請求項２】
前記位相調整は、各搬送波の位相を下記式により決定する値だけ変化させて、
【数１】
2007060574.tif 000009
各搬送波の位相をランダム且つ一様に拡散させる請求項１記載のＯＦＤＭ通信方式。
【請求項３】
少なくとも送信系として送信データを各周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送波に分散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッパと、前記被変調信号を時間領域において多重化しＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換器とを備え、受信系として受信ＯＦＤＭ信号から前記直交する複数の搬送波を生成するフーリエ変換器と、所定の復調処理を行うシンボルデマッパとを備えたＯＦＤＭ通信装置において、前記送信系において複数の搬送波の位相をランダムに拡散させるとともに位相調整角の分布が均一になるようにした送信側位相調整器を備え、前記受信系においてランダムに拡散した位相を補正する受信側位相調整器を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＯＦＤＭ(Orthogonal
Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)変調方式を利用して通信を行うＯＦＤＭ通信方式とＯＦＤＭ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重(以下、ＯＦＤＭとという)通信方式は、送信するデータを細かく分割し、中心周波数が異なる複数の搬送波に乗せて並列に伝送するマルチキャリア変調方式であり、データを分割することにより、狭帯域で高速伝送が実現できる通信方式である。さらに、データが複数の搬送波に分散されるため雑音による全データ欠落の確率が低い通信方式である。なお、隣り合う搬送波の帯域は一部重複するが、お互いに直交するため、干渉することなく通信を行うことができる。従って、例えば電力線通信に適した通信方式として知られている。
【０００３】
従来のＯＦＤＭ通信装置の構成例は、図１０の機能ブロック図に示すように、送信部１は、送信データであるビット列２を各搬送波に割り当てるシンボルマッパ３とシリアル/パラレル変換器（以下、Ｓ／Ｐ変換器という）４と、周波数領域データを時間軸領域データに変換する逆高速フーリエ変換器(IFFT：Inverse Fast Fourier Transform)５と、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器６と、帯域通過フィルタ（B.P.F）７と、信号増幅器（ＡＭＰ）８により構成されている。
【０００４】
受信部１１は、伝送路１０からの受信信号を増幅する信号増幅器１８と周波数帯域を制限する帯域通過フィルタ１７、Ａ／Ｄ変換器１６、時間領域データを周波数領域データに変換する高速フーリエ変換器（FFT：Fast Fourier Transform）１５と、パラレル／シリアル変換器（以下Ｐ／Ｓ変換器という）１４と、各搬送波のデータを元のビット列１２に戻すシンボルデマッパ１３により構成されている。
【０００５】
図１１に、送信部１が出力する信号のスペクトルを示す。この例では、n個の搬送波を用いるＯＦＤＭ信号を生成する場合のスペクトルを示しており、周波数利用効率を上げるために各スペクトルは隣接するスペクトルの一部と重複するように配置される。送信部１から伝送路１０に出力されるＯＦＤＭ信号(８個の搬送波が多重化された信号)の例を、図１２に示す。図１２において、横軸は時間、縦軸は信号レベルを示す。
【０００６】
ＯＦＤＭ通信装置の動作は、送信部１の動作として、シンボルマッパ３が送信データを、図１１に示すような周波数成分を有し互いに直交する複数の搬送波に分散して、所定の被変調信号（直交振幅変調(QAM)、２値位相変調(PSK)、４値変調信号(QPSK)）を生成し、出力する。これをＳ／Ｐ変換器４によりパラレル信号に変換し、この信号を逆高速フーリエ変換器５にて時間領域の信号にする。そして、Ｄ／Ａ変換器６にてアナログ信号とし、帯域通過フィルタ７にて不要な周波数帯域を取り除いた後に、伝送路１０にＯＦＤＭ信号が出力される。
【０００７】
一方、受信部１１の動作は、伝送路１０上の信号を信号増幅器１８にて増幅し、帯域通過フィルタ１７にて必要な周波数帯域のみとし、Ａ／Ｄ変換器１６によりアナログ信号からデジタル信号へ変換後、時間領域データから周波数領域データに変換する高速フーリエ変換器１５に供給する。高速フーリエ変換器１５がこの信号から、直交する複数の搬送波（被変調信号）を周波数成分として生成し、これをＰ／Ｓ変換器１４を介してシンボルデマッパ１３に供給する。シンボルデマッパ１３は、被変調信号から送信データを再生するために所定の復調処理を行い、送信データのビット列１２を出力する。
【０００８】
以上のように、ＯＦＤＭ信号は1つのチャネル信号を複数の搬送波を用いて伝送するので、雑音により特定の搬送波のデータが欠落しても、搬送波全体のデータが欠落する可能性は低く、従って、所定の誤り訂正技術等を併用することにより、品質の良い通信が実現できる。
【０００９】
ここで、信号増幅器８が有する電力増幅器の動作点は、図１３に示すような位置にある。図１３の横軸は電力増幅器への入力信号レベル、縦軸は電力増幅器からの出力信号レベルをそれぞれ表している。この電力増幅器は、複数の搬送波を同時に増幅する必要があるので可能な限り大きな出力電力（出力レベル）が要求される。従って、図１３に示すように、入力信号を出力が飽和領域付近となるレベルで使用するのが一般的である。
【特許文献１】特開平１０−８４３２９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来のＯＦＤＭ装置においては、以下に示すような問題点があった。一般にＯＦＤＭの場合、各搬送波の変調方式には位相変調（前記QAM、BPSK、QPSK、等）が使用されることが多く、各搬送波の位相が揃うとＯＦＤＭ信号に大きなピーク値が発生し、信号のピーク値に関するピークファクタ値が大きくなるものであった。
【００１１】
例えば、ＯＦＤＭの総搬送波数Ｎ=64の場合を例にすると、各搬送波の位相が同一の場合、図１４に示す形状の波形が連続して繰り返される。図１４の横軸は時間、縦軸は信号レベルを示す。即ち、各搬送波の位相が揃う周期でＯＦＤＭ信号に大きなピーク値が発生し、ピークファクタ値が大きくなる。その結果、信号増幅器８の電力増幅器への入力信号レベルが大きくなるので、図１３に示した動作点がさらに右側にシフトし、その結果、出力信号レベルが飽和して信号歪みを発生する。また、信号レベルの小さい部分に含まれる周波数成分のＳ／Ｎ比が悪くなると言う問題があった。
【００１２】
そこで、特許文献１，２には、このピークファクタ値を低減するための手法として、各搬送の位相を拡散させる手段を有するＯＦＤＭ装置が提案されている。
【００１３】
これは、各搬送波の位相をｅｘｐ（αｋ２）もしくはｅｘｐ（αｋ３）（αは任意、ｋは搬送波番号）なる式により調整して伝送する方法であり、位相調整値を２次関数以上のファクタで変化させ、ランダムにするという方法である。特許文献２によれば、α＝0.627753による例が開示されており、この値を元に計算した位相調整角の分布を図１５に示し、それによる信号波形を図１６に示す。図１６において、横軸は時間、縦軸は信号レベルを示す。
【００１４】
しかしながら、パラメータαの値は、ＯＦＤＭに使用する搬送波周波数等の条件により最適な値をその都度決める必要があり、その選定が難しいものであった。例えば、α＝0.62とした場合、図１６（Ｂ）に示すように信号波形が変化する。
【００１５】
この発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、信号のピークファクタ値を低減し、信号の歪みがなくＳ／Ｎ比も良好なＯＦＤＭ通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、隣り合う搬送波の帯域を一部重複しつつお互いに直交する複数の搬送波に分散して多重送信するＯＦＤＭ通信方式であって、各搬送波の位相を、ランダムに拡散させるとともに位相調整角の分布が均一になるように位相調整するＯＦＤＭ通信方式である。
【００１７】
前記位相調整は、各搬送波の位相を式（１）により決定する値だけ変化させて、
【数２】
2007060574.tif 000003
各搬送波の位相をランダム且つ一様に拡散させるものである。これにより、ＯＦＤＭ信号に係わるピークファクタ値を低減させる。
【００１８】
またこの発明は、少なくとも送信系として送信データを各周波数成分が一部重複しつつ直交する複数の搬送波に分散して所定の被変調信号を生成するシンボルマッパと、前記被変調信号を時間領域において多重化しＯＦＤＭ信号を出力する逆フーリエ変換器とを備え、受信系として受信ＯＦＤＭ信号から前記直交する複数の搬送波を生成するフーリエ変換器と、所定の復調処理を行うシンボルデマッパとを備えたＯＦＤＭ通信装置であって、前記送信系において複数の搬送波の位相をランダムに拡散させるとともに位相調整角の分布が均一になるようにした送信系位相調整器を備え、前記受信系においてランダムに拡散した位相を補正する受信系位相調整器を備え、ＯＦＤＭ信号に係わるピークファクタ値を低減するようにしたＯＦＤＭ通信装置である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のＯＦＤＭ通信方式とＯＦＤＭ通信装置によれば、各搬送波の位相調整角をランダム且つ一様に拡散させ、難しい調整や選定作業を要することなく、簡単に信号のピークファクタ値を低減することができるものである。これにより、信号歪みが無く、信号レベルの小さい周波数成分のＳ／Ｎが低下することがなく、良好な通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明のＯＦＤＭ通信方式とＯＦＤＭ通信装置の実施形態について説明する。図１はこの発明の一実施形態の装置を示すもので、この実施形態のＯＦＤＭ通信装置２０について、上記従来のＯＦＤＭ通信装置と同様の部材は同一の符号を付して説明する。
【００２１】
この実施形態に示すＯＦＤＭ通信装置２０は、送信部２１に、送信データであるビット列２を各搬送波に割り当てるとともに、送信データを所定の周波数成分を有し互いに直交する複数の搬送波に分散して、所定の被変調信号（直交振幅変調(QAM)、２値位相変調(PSK)、４値変調信号(QPSK)）を生成し出力するシンボルマッパ３を有する。さらに、シンボルマッパ３の出力が接続されシリアル信号からパラレル信号に変換するＳ／Ｐ変換器４、及びＳ／Ｐ変換器４の出力が接続された周波数領域データを、時間軸領域データに変換する逆高速フーリエ変換器５を有している。逆高速フーリエ変換器５の出力が接続され、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６、不要な周波数帯域を取り除く帯域通過フィルタ７を備え、さらに、伝送路１０にＯＦＤＭ信号を増幅して出力する増幅器１０を備える。
【００２２】
また、逆高速フーリエ変換器５には、各搬送波の位相を、ランダムに拡散させるとともに、位相調整角の分布が均一になるように位相調整する送信側位相調整器２２が接続されている。
【００２３】
一方、受信部３１には、伝送路１０からの信号を増幅する信号増幅器１８、必要な周波数帯域のみとする帯域通過フィルタ１７、アナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器１６、及び時間領域データから周波数領域データに変換する高速フーリエ変換器１５を有する。
【００２４】
また、高速フーリエ変換器１５には、時間領域データから周波数領域データに変換する際に、送信側位相調整器２２でランダムに拡散するとともに位相調整角の分布が均一になるように位相調整された各搬送波の位相を補正する受信側位相調整器３２が接続されている。そして、高速フーリエ変換器１５の出力は、パラレル信号をシリアル信号に変換するＰ／Ｓ変換器４に接続され、シンボルデマッパ１３に供給される。
【００２５】
この実施形態のＯＦＤＭ通信方式の基本的な動作は、上述した従来技術と同様であり、送信部２１では、シンボルマッパ３が送信データを、図１１に示すような周波数成分を有し互いに直交する複数の搬送波に分散して、所定の被変調信号（直交振幅変調(QAM)、２値位相変調(PSK)、４値変調信号(QPSK)）を生成し、出力する。これをＳ／Ｐ変換器４によりパラレル信号に変換し、この信号を逆高速フーリエ変換器５にて時間領域の信号にする。そして、Ｄ／Ａ変換器６にてアナログ信号とし、帯域通過フィルタ７にて不要な周波数帯域を取り除いた後に、伝送路１０にＯＦＤＭ信号が出力される。
【００２６】
さらに、この実施形態は、図1に示した送信側位相調整部２２により搬送波の位相を、ランダムに拡散させるとともに、位相調整角の分布が均一になるようにした位相調整が行われ、送信データがＤ／Ａ変換器６に出力される。
【００２７】
一方、受信部３１の動作は、伝送路１０上の信号を信号増幅器１８にて増幅し、帯域通過フィルタ１７にて必要な周波数帯域のみとし、Ａ／Ｄ変換器１６によりアナログ信号からデジタル信号へ変換後、時間領域データから周波数領域データに変換する高速フーリエ変換器１５に供給される。高速フーリエ変換器１５がこの信号から、直交する複数の搬送波（被変調信号）を周波数成分として生成し、これをＰ／Ｓ変換器１４を介してシンボルデマッパ１３に供給する。シンボルデマッパ１３は、被変調信号から送信データを再生するために所定の復調処理を行い、送信データのビット列１２を出力する。
【００２８】
さらに、この実施形態は、図1に示した送信側位相調整部２２により、搬送波の位相がランダムに拡散されるとともに、位相調整角が均一に分布するように調整された信号を、受信側位相調整器３２により、元の信号波形になるように位相が補正され、送信データがＤ／Ａ変換器６に出力される。
【００２９】
この実施形態のＯＦＤＭ通信方式と通信装置は、合成波形のピークレベルを低減するもので、ピークレベルの大きさを表すピークファクタ値は、下記式により定義される。
ピークファクタ値=（信号のピークレベル値）／（信号の平均レベル値）
【００３０】
次に、この実施形態のＯＦＤＭ通信装置２０の位相調整方式について説明する。この方式は、各搬送波の位相はランダムに拡散するが、位相調整角の分布が均一になるようようにし、信号のピークファクタ値を低減するものである。
【００３１】
各位相調整角の計算は、前記式（１）の通りである。この式は、各搬送波毎に、２πの範囲で位相調整角θｃが等間隔でランダムに拡散するように、搬送波毎に位相調整角が設定されるようにしたものである。
【００３２】
これにより、十分にピークファクタ値の小さいＯＦＤＭ通信方式を行うことができる。そして、周波数成分のＳ／Ｎが低下することがなく、良好な通信が可能となる。
【実施例１】
【００３３】
以下に、位相調整角θｃが一様に拡散される実施例を説明する。尚、計算値は、２π（rad）で位相が1周期するとして位相調整角を計算した。式（１）において、Ｎ＝１６，Ｘ＝１で、θｃは、表１に示すように、（０／８）π〜（１５／８）πまで均一に各１回出現した。
【００３４】
【表１】
2007060574.tif 000004
【００３５】
同様に、Ｎ＝３２，Ｘ＝２では、表２に示すように、θｃは、（０／８）π〜（１５／８）πまで均一に各２回出現した。
【００３６】
【表２】
2007060574.tif 000005
【００３７】
同様に、Ｎ＝３２，Ｘ＝１では、表３に示すように、θｃは、（０／１６）π〜（３１／１６）πまで均一に各１回出現した。
【００３８】
【表３】
2007060574.tif 000006
【００３９】
これらの実施例の位相調整角（θｃ）は、０〜２π(rad)の間を等間隔に分割した箱と考えると、Ｘ＝１の場合には、全ての箱（例えばN=16の場合箱数16）に１個ずつ入ることになるので各搬送波の位相調整角（θｃ）はランダムに配置されるとともに、一様分布となる。尚、Ｘの値により各箱にはＸ個ずつ入ることになる。
【００４０】
次に、この方式のＯＦＤＭ信号の一例（N=96、X=6）を以下に示す。
【数３】
2007060574.tif 000007
【００４１】
この実施例の位相調整角を図５に示す。各位相調整角には６個ずつ入る。また、図６にこの場合のＯＦＤＭ信号波形を示す。図６において、横軸は時間、縦軸は信号レベルを示す。
【００４２】
図６に示すように、この実施例のＯＦＤＭ信号は、ピークファクタ値の小さいものであり、歪みの少ない信号とすることができた。
【実施例２】
【００４３】
次に、変数Ｎ−Ｘの組み合わせの例を、以下の表４に示し、各変数毎の位相調整角と、信号波形を図７〜図９に示す。
【００４４】
【表４】
2007060574.tif 000008
【００４５】
図７は、αを２〜５とし、Ｎ＝９６の場合の各Ｘの値における信号波形と位相調整角を示す。この実施例によれば、各ＯＦＤＭ信号波形は、パラメータの数値の設定にかかわらずピークファクタが小さく、きれいな信号波形である。
【００４６】
図８，図９は、αを３とし、Ｘを６〜１６とした場合の各Ｎの値における信号波形と位相調整角を示す。この実施例によっても、各ＯＦＤＭ信号波形は、パラメータの数値の設定にかかわらずピークファクタが小さく、きれいな信号波形である。
【００４７】
なお、この発明のＯＦＤＭ通信方式とＯＦＤＭ通信装置の用途は、電力線通信に限らず、衛星通信や放送等、適宜利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態のＯＦＤＭ通信装置を示す機能ブロック図である。
【図２】この発明のＯＦＤＭ通信方式による一実施例の位相調整角の分布例を示す図である。
【図３】この発明のＯＦＤＭ通信方式による他の実施例の位相調整角の分布例を示す図である。
【図４】この発明のＯＦＤＭ通信方式による他の実施例の位相調整角の分布例を示す図である。
【図５】この発明のＯＦＤＭ通信方式による一実施例の搬送信号番号と位相調整角の関係を示す図である。
【図６】この実施例のＯＦＤＭ通信方式による信号波形を示す図である。
【図７】この発明のＯＦＤＭ通信方式による他の実施例の信号波形と位相調整角の分布を示す図である。
【図８】この発明のＯＦＤＭ通信方式による他の実施例の信号波形と位相調整角の分布を示す図である。
【図９】この発明のＯＦＤＭ通信方式による他の実施例の信号波形と位相調整角の分布を示す図である。
【図１０】従来のＯＦＤＭ通信装置を示す機能ブロック図である。
【図１１】ＯＦＤＭ信号スペクトラムを示す概念図である。
【図１２】ＯＦＤＭ信号の例を示す概念図である。
【図１３】ＯＦＤＭ信号の入力と出力レベルのスペクトルを示す概念図である。
【図１４】従来のＯＦＤＭ信号波形の位相調整のない場合を示す概念図である。
【図１５】従来の位相調整による位相調整角の分布を示す図である。
【図１６】従来の位相調整によるＯＦＤＭ信号の信号波形ある。
【符号の説明】
【００４９】
３  シンボルマッパ
４  Ｓ／Ｐ変換器
５  逆高速フーリエ変換器
６  Ｄ／Ａ変換器
７，１７  帯域通過フィルタ
８，１８  信号増幅器
１０  伝送路
１３  シンボルデマッパ
１４  Ｐ／Ｓ変換器
１５  高速フーリエ変換器
１６  Ａ／Ｄ変換器
２２  送信側位相調整器
３２  受信側位相調整器
【図１】
2007060574.tif 000010
【図２】
2007060574.tif 000011
【図３】
2007060574.tif 000012
【図４】
2007060574.tif 000013
【図５】
2007060574.tif 000014
【図６】
2007060574.tif 000015
【図７】
2007060574.tif 000016
【図８】
2007060574.tif 000017
【図９】
2007060574.tif 000018
【図１０】
2007060574.tif 000019
【図１１】
2007060574.tif 000020
【図１２】
2007060574.tif 000021
【図１３】
2007060574.tif 000022
【図１４】
2007060574.tif 000023
【図１５】
2007060574.tif 000024
【図１６】
2007060574.tif 000025