(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＩＮＲ推定の精度に依存せず、通信エラーが発生することなく、高い通信速度が得られるＯＦＤＭ通信システムを提供する。【解決手段】受信した信号は、受信アンプ１を経て復調／復号処理部３により、復調／復号され、送受データ制御部８においてユーザデータおよび制御情報が抽出される。装置制御部７は、復調／復号処理部３、変調／符号化処理部４、ＳＩＮＲ推定処理部５、マッピング調整処理部６、送受データ制御部８、同期処理部１０を制御する。受信信号をもとに同期処理部１０で同期処理を行い、マッピング調整を含む接続処理が装置制御部７で制御される。ＳＩＮＲ推定処理部５では、受信信号を用いて、その信号対干渉雑音比ＳＩＮＲを推定し、ＳＩＮＲの情報をもとに、マッピング調整処理部６でＳＩＮＲに適応したマッピングを算出し、そのマッピングを受信信号を扱う復調／復号処理部３に設定し、同時に、この設定を相手装置に通知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親機に子機を収容し、複数の搬送波を用いて上記親機と上記子機との間で通信を行うＯＦＤＭ通信システムにおいて、
上記搬送波毎に多値数毎のエラー値を収集するエラー値取得手段と、
上記エラー値取得手段で取得されたエラー値から多値数を決める際に使用する補正値を算出する補正値算出手段と、を備え、
上記多値数の決定に上記補正値を利用することを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項２】
ＳＩＮＲ推定値を取得するＳＩＮＲ推定処理部と、上記ＳＩＮＲ推定値を用いて多値数を決定するマッピング調整処理部と、を備え、
上記多値数の決定に上記ＳＩＮＲ推定値と、上記補正値を利用することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【請求項３】
複数の搬送波のうちの一部の搬送波に対する補正値を変更する補正値変更手段を備え、変更の対象とする上記搬送波のすべての搬送波に対する割合を一定の値以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有線および無線において、多数の搬送波（サブキャリア）を用い、親機に子機を収容してユーザデータ通信を行うＯＦＤＭ通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信装置では、親機が一定周期で既知の信号を送信することにより固定長のフレームを形成し、子機がこのフレームに従属同期するなどの仕組みにより、親機が子機を収容する。親機、子機間の通信では、通信の設定情報や、通信帯域の割当ての情報を授受する制御情報通信と、ユーザデータの授受をするユーザデータ通信の両者がある。
【０００３】
ＯＦＤＭでは、多数のサブキャリアの各々にデータを載せて通信を行う。これらのサブキャリアの集まりを「ＯＦＤＭシンボル」という。個々のＯＦＤＭシンボルは、ガードインターバルと呼ばれる期間を介在させることにより、ＯＦＤＭシンボル間の干渉を回避する。１ＯＦＤＭシンボルで送信可能な情報量は、個々のサブキャリアに載せる情報量の総和となる。
【０００４】
一般に、ユーザデータ通信と制御情報通信では、異なる通信設定を用いることが多い。ユーザデータ通信および制御情報通信の各通信設定は、ひとつのサブキャリアにあてるビット数に相当する変調方式、およびエラー訂正の方式などを意味する。エラー訂正には、ＲＳ（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号や畳込み符号などの誤り訂正符号が用いられる。これらの誤り訂正により、一部のサブキャリアでビットエラーが発生した場合にも、そのエラーの量が所定の範囲内であれば、エラーが訂正され正常な通信が可能となる。なお、ビットエラーの量が所定の範囲を超えた場合、通信データは、データの一部または全部が破損して正しく読めない状態、即ち、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ）エラーとなる。
【０００５】
ユーザデータ通信では、通信レートを可能な範囲で上げるために、通信環境に応じて変調方式を決める場合が多い。より高い通信レートを実現するために、変調方式の調整は、すべてのサブキャリアに同一の変調を用いるのではなく、サブキャリア毎に実施するか、もしくは、複数のサブキャリアをひとかたまりとして扱う。以降、この調整を「マッピング調整」という。このマッピング調整は、一旦、接続時に実行され、その後、通信時に適宜環境変化を検出し、継続的に調整する。
【０００６】
一方、制御情報通信は、通信の設定情報などを授受する性質上、よりエラー耐性の高い通信方式を用い、多少の環境変化が発生しても、通信が維持できるような方式を用いる。具体的には、１つのサブキャリアで１ビットのみを扱うＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などの低い変調方式を用い、さらに、前述のＲＳ符号や畳込み符号などの誤り訂正符号の設定をより冗長性の高い設定にし、エラー耐性を高くする。また、エラー耐性を高める別の方法として、周波数ダイバーシチ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）など、ひとつの情報を複数のサブキャリアを用いて通信する手段もとられる。
【０００７】
親機と子機の間でユーザデータ通信するための接続手順は、まず、子機は、親機の送信する信号に対して同期処理を行い、その後、親機に接続の要求を行う。親機から子機への識別番号の通知などの後、両機間でユーザデータ通信のためのマッピング調整を行う。これらの接続処理は、親機と子機の間で制御情報通信を用いて行う。
【０００８】
なお、この発明に関連する技術としては、例えば特開２００２−２９０２４６号公報（特許文献１）に、伝搬路状況を推定し、変調方式を切り替えるようにしたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２９０２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＯＦＤＭ通信装置では、ＳＩＮＲ推定値にもとづきマッピング調整をしており、通信速度や、通信エラーの発生頻度がこのＳＩＮＲ推定の精度に依存するという課題があった。例えば、通信エラーを回避することを重視した場合、十分に大きいマージンをもってマッピングを行う必要があり、高い通信速度が得られないという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＳＩＮＲ推定の精度によらず、通信エラーのない高い通信速度が得られるＯＦＤＭ通信システムの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、親機に子機を収容し、複数の搬送波を用いて上記親機と上記子機との間で通信を行うＯＦＤＭ通信システムにおいて、上記搬送波毎に多値数毎のエラー値を収集するエラー値取得手段と、上記エラー値取得手段で取得されたエラー値から多値数を決める際に使用する補正値を算出する補正値算出手段と、を備え、上記多値数の決定に上記補正値を利用するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、複数の搬送波毎に多値数毎のエラー値を収集するエラー値取得手段と、上記エラー値取得手段で取得されたエラー値から多値数を決める際に使用する補正値を算出する補正値算出手段と、を備え、上記多値数の決定に上記補正値を利用するので、ＳＩＮＲ推定の精度によらず、通信エラーのない高い通信速度が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、親機および子機の機能の一例を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、ＳＩＮＲ推定値と多値数の関係を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、マッピング処理フロー示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、サブキャリア、多値数毎のエラー値を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、補正値と多値数の関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、すべてのサブキャリアに対する補正値を変更した場合の多値数を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、補正値の見直しで、特定のサブキャリアの多値数をあげる処理の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、補正値の見直しで、特定のサブキャリアの多値数をあげるマッピング処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明に係るＯＦＤＭ通信システムの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示している。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図で、親機および子機の機能の一例を示すブロック図である。
図１に例示するように、実施の形態１に係るＯＦＤＭ通信システムにおける親機および子機は、受信アンプ１、送信アンプ２、復調／復号処理部３、変調／符号化処理部４、ＳＩＮＲ推定処理部５、マッピング調整処理部６、装置制御部７、送受データ制御部８、ユーザデータ入出力部９、同期処理部１０を有している。また、装置制御部７は、シーケンス制御部１１、タイムアウト監視制御部１２を有している。
【００１７】
図１において、受信した信号は、受信アンプ１を経て復調／復号処理部３により、復調、復号される。そして、復調、復号された信号は、送受データ制御部８においてユーザデータ、および制御情報が抽出され、各々、ユーザデータ入出力部９、装置制御部７に渡される。一方、送受データ制御部８に、ユーザデータ入出力部９および装置制御部７から、各々、ユーザデータ、制御情報が入力された場合、変調／符号化処理部４で符号化、変調され、送信アンプ２を経由して出力される。
【００１８】
装置制御部７は、復調／復号処理部３、変調／符号化処理部４、ＳＩＮＲ推定処理部５、マッピング調整処理部６、送受データ制御部８、同期処理部１０を制御する。装置制御部７において、親機子機間のメッセージ処理の授受は、シーケンス制御部１１により制御され、メッセージの不達などは、タイムアウト監視制御部１２により検出される。タイムアウト発生時は、再送などの処理が実行される。
【００１９】
装置起動時に、親機は、接続処理として、まず、子機が同期をかけるために必要な制御チャネルの送信を開始する。一方、子機は、まず、受信信号をもとに同期処理部１０で、親機に対して同期処理を行う。その後、子機からの接続要求を契機として、マッピング調整を含む接続処理が装置制御部７で制御（実行）される。
【００２０】
ＳＩＮＲ推定処理部５では、受信信号を用いて、そのＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を推定する。なお、ＳＩＮＲとは、信号対干渉雑音比のことで、所望端末の電力と干渉端末の電力及び雑音電力の和の比、即ち、ＳＩＮＲ＝所望端末電力／干渉端末電力＋雑音電力で表される。推定されたＳＩＮＲの情報をもとに、マッピング調整処理部６でＳＩＮＲに適応したマッピングを算出し、そのマッピングを受信信号を扱う復調／復号処理部３に設定する。親機子機間で自装置の設定変更と同時に、この設定を相手装置に通知することにより、相手装置側では逆に送信信号を扱う変調／符号化処理部４に設定する。
【００２１】
復調／復号処理部３では、受信信号におけるエラービット数が、各々の受信データに対してカウントされる。ここでは、このエラービット数を、受信データのビット数で除算したものをエラー値として扱う。例として、１．０×１０＾（−６）程度の値のものとなる。なお、実施の形態１での上記エラービット数は、すべてのサブキャリアでのエラービット数を合算したものであるが、エラービット数をサブキャリア毎に取得しても良いことは言うまでもない。
【００２２】
次に、通信の設定について説明する。ここでの設定とは、変調方式や誤り訂正方式、更に周波数ダイバーシチなどの設定を意味する。
【００２３】
ユーザデータの通信には、上記のＳＩＮＲ推定処理にもとづくマッピング調整により、より通信効率の高い設定を用いる。本実施の形態１では、このマッピング調整は個々のサブキャリアに対して行う。サブキャリア毎に選択した変調方式で決まるビット数の総量により、１つのシンボルで送信可能なデータ量が決まる。この値が大きいほど高効率なユーザデータ通信が可能であるが、使用環境のＳＩＮＲに適合したレベルでない場合、通信エラーが発生することになる。このため、このようなＳＩＮＲ推定処理結果を用いたマッピング調整が必要となる。この調整は、図１に示すマッピング調整処理部６で処理される。
【００２４】
図２は、ＳＩＮＲ推定値とマッピングの関係を示す図である。図２において、横軸はサブキャリアの番号、縦軸はＳＩＮＲ推定値（ｄＢ）、および多値数である。本実施の形態１においては、サブキャリアの本数は５１本としているが、サブキャリアが数百、あるいは１０００本以上の場合においても、同様に有効であることは自明である。
【００２５】
図２に示すとおり、ＳＩＮＲ推定値は、サブキャリア毎に算出される。ＳＩＮＲ推定においては、ノイズがランダムに変化することなどを前提とし、推定値を算出するため、この前提に合わないノイズの場合などに、正しく推定されない場合がある。ＳＩＮＲ推定値の誤差をより小さくするために、時間方向の平均や、サブキャリア方向の平均、即ち、近くのサブキャリアでＳＩＮＲ値を平均するなどの処理が適宜行われる。また、高いＳＩＮＲ値を推定するためには、計算精度、すなわち、算出処理における有効な桁数なども問題となり、これらの問題に対しても適宜平均化などにより対処する。
【００２６】
ＳＩＮＲ推定値からマッピングを決める処理は、あらかじめ決められた閾値を用いて決定する。例えば、あるサブキャリアのＳＩＮＲ推定値が、３５．５（ｄＢ）以上の場合、そのサブキャリアの多値数を８とし、２８．０（ｄＢ）以上の場合、多値数を６とするなど、ＳＩＮＲ推定値に応じた多値数を決める。結果として、図２に示すとおり、ＳＩＮＲ推定値と多値数は、比較的単純な比例的な関係になる。なお、ＳＩＮＲ推定値は、通常、時々刻々変化することも踏まえ、実際にこの仕組みで決まる多値数をそのまま使用するか、更なる平均化などの処理を行うかなどは、種々の選択が可能となる。
【００２７】
次に、図３を用いてマッピング処理フローを説明する。
図３において、符号２０はデータ受信処理、符号２１はエラー値の取得処理、符号２２はサブキャリア／多値数毎のエラー値の平均値算出処理、符号２３は平均化回数が所定の値以上かの判定処理、符号２４は該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理、符号２５はサブキャリア／多値数毎の補正値、符号２６はＳＩＮＲ推定処理、符号２７はＳＩＮＲ値の統計処理、符号２８はマッピング決定処理、符号２９はマッピングの変更処理を示している。
【００２８】
平均化回数が所定の値以上かの判定処理２３と該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理２４は、図示どおり、繰り返し実行される処理であり、サブキャリアの数だけ繰り返される。また、データ受信処理２０から平均化回数が所定の値以上かの判定処理２３と該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理２４の繰り返しまでの処理を一連の処理とし、この一連の処理は、データ受信の度に、常時、繰り返し実行される。なお、この一連の処理は、後述の処理内容からも理解されるように、各サブキャリアの多値数を変更しない限り、一括で処理しても良い。
【００２９】
また、一方、ＳＩＮＲ推定処理２６からマッピングの変更処理２９までの一連の処理も、常時、繰り返し実行される。この両者の処理は、サブキャリア／多値数毎の補正値２５の入出力で連携する。なお、データ受信処理２０、エラー値の取得処理２１は、復調／復号処理部３で実施し、サブキャリア／多値数毎のエラー値の平均値算出処理２２、平均化回数が所定の値以上かの判定処理２３、該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理２４、サブキャリア／多値数毎の補正値２５の入出力は、装置制御部７で実施する。ＳＩＮＲ推定処理２６、及びＳＩＮＲ値の統計処理２７は、ＳＩＮＲ推定処理部５で実施し、マッピング決定処理２８は、マッピング調整処理部６で実施する。更に、マッピングの変更処理２９は、装置制御部７で実施する。マッピング変更処理２９は、親機子機間の制御通信を伴い、この親機子機間の制御通信の授受は、装置制御部７のシーケンス制御部１１で制御する。
【００３０】
データ受信処理２０は、一般に、フレーム単位を行われる。エラー値の取得処理２１は、復調／復号処理部３で行われる。サブキャリア／多値数毎のエラー値の平均値算出処理２２においては、例えば、このデータ受信処理２０を行った段階で、５番目のサブキャリアの多値数が８の場合には、このエラー値は、５番目のサブキャリアの多値数が８の状態に対するエラー値の平均値算出に用いられる。詳細は後述する。
【００３１】
このように平均化処理を行い、平均化回数が所定の値以上かの判定処理２３において、平均化回数が所定の値以上の場合、有意な値と判断し、該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理２４を実行する。
【００３２】
ＳＩＮＲ推定処理２６により、ＳＩＮＲ推定値が算出される。ＳＩＮＲ値の統計処置２７にて、ＳＩＮＲ推定値を平均するなどの処理を行う。この結果を入力として、マッピングの決定処理２８において、サブキャリア／多値数毎の補正値２５の入力を加味して、マッピングを決定する。ここでは、補正値の符号の定義として、負の補正値は、多値数を小さくなるように抑制するものとする。
【００３３】
図４は、サブキャリア毎、多値数毎のエラー値を示すグラフであり、横軸は、サブキャリアの番号、縦軸は、エラー値である。図４においては、多値数が８の場合と多値数が６の場合に関して図示している。この図４において、サブキャリア番号が１３、１４、および、２３、２４、２５のところで、エラー値が高いことが確認できる。このようなエラー値が高いサブキャリアに対して、図３で説明した該当サブキャリア／多値数の補正値見直し処理２４が実施され、補正値が見直される。
【００３４】
図５は、補正値と多値数の関係を示している。なお、上記図２の多値数は、補正値が０の場合の多値数である。図５では、サブキャリア番号が１３、１４、及び２３、２４、２５の補正値が、元々０のものが、−２に変更されたことを示している。この補正値により、図２と比較して、該当サブキャリアの多値数が小さくなっていることがわかる。図５においては、該当部位を点線で囲って図示している。このように、補正値を変更することにより、エラー値が高いサブキャリアの多値数をより小さい値に抑止できるため、これによりエラー値を小さくすることができる。
【００３５】
図６は、すべてのサブキャリアの補正値を０から３に変更した場合の例であり、図２との比較において、点線の丸枠で囲った箇所で、多値数が高くなっている。この例は、すべてのサブキャリアの補正値を０から３に変更しており、すなわち、多値数を高くするための変更であり、エラー値が全体として低い場合に実行される処理である。このように、マッピングの決定処理２８（図３参照）においては、全体のサブキャリアに対して補正値を与えることにより、エラー値を所定の値の範囲になるように制御することが可能である。
【００３６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図７および図８は、実施の形態２に係るＯＦＤＭ通信システムを説明する図である。
図７では、２０番目と４０番目のサブキャリアの補正値を強制的に見直している。エラー訂正には、ＲＳ符号を用いている場合であって、本実施の形態２では、ＲＳ符号の符号長は１２０シンボル（1シンボル＝８ビット）としており、この１２０シンボルの内、８シンボルの誤りまでは、訂正可能な設定としている。現状のエラー値が十分に低い状態で、例えば、２０番目と４０番目のサブキャリアの多値数を高く設定しても、ビットエラーが発生しても、それらは訂正可能な範囲であり、通信データがＣＲＣエラーとなることはないので、高い多値数でのエラー値を、通信しながら試すことが可能となる。
【００３７】
図８は、補正値の見直しで、特定のサブキャリアの多値数をあげるマッピング処理フロー図である。図８の処理フローは図３の処理フローに補正値の強制変更処理３０が追加されている。その他は図３の処理フローと同様であり、同一符号を付すことにより、詳細説明を省略する。この強制変更処理３０により、高い多値数適用の可否が判断できる。
【００３８】
以上、この発明の実施の形態１および２について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、これらの構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  受信アンプ、２  送信アンプ、３  復調／復号処理部、４  変調／符号化処理部、５  ＳＩＮＲ推定処理部、６  マッピング調整処理部、７  装置制御部、８  送受データ制御部、９  ユーザデータ入出力部、１０  同期処理部、１１  シーケンス制御部、１２  タイムアウト監視制御
【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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