無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機
【課題】サブキャリア位相を制御することでOFDM信号のピーク対平均電力比を低減し、受信機側で、制御情報を用いることなく位相制御量を推定することができる無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機を提供する。
【解決手段】ターボ符号化OFDM信号のピーク対平均電力比を、検査ビットが割り当てられたサブキャリアに１または−１をとる重み係数を乗算することにより低減する。受信機側のターボ復号器は要素復号器を具え、各要素復号器では、MAP復号器で求めた外部値の絶対値平均を比較することで、重み係数を推定する。信頼性が高いと判断された外部値のみを他方の要素復号器の事前情報として用いることで、反復復号を行う。要素復号器間で重み係数の推定値が全て一致するか、規定の反復回数に達した場合に重み係数を確定する。重み係数が確定した後は、従来のターボ復号（繰り返し復号）を継続する。
【解決手段】ターボ符号化OFDM信号のピーク対平均電力比を、検査ビットが割り当てられたサブキャリアに１または−１をとる重み係数を乗算することにより低減する。受信機側のターボ復号器は要素復号器を具え、各要素復号器では、MAP復号器で求めた外部値の絶対値平均を比較することで、重み係数を推定する。信頼性が高いと判断された外部値のみを他方の要素復号器の事前情報として用いることで、反復復号を行う。要素復号器間で重み係数の推定値が全て一致するか、規定の反復回数に達した場合に重み係数を確定する。重み係数が確定した後は、従来のターボ復号（繰り返し復号）を継続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交周波数分割多重(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いた無線通信システム並びにそれに用いられる送信機及び受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
OFDM方式は、周波数選択性フェージングによる信号歪みの影響を軽減することができるので、高速無線通信に有効である。しかしながら、OFDM方式では、キャリア数の増加に伴い、ピーク対平均電力比（PAPR: Peak-to-Average Power Ratio）が上昇するため、送信電力増幅器での非線形歪みによる帯域外スペクトル放射を生じる。電力増幅器におけるバックオフ量を増加することで非線形歪みを軽減できるものの、シングルキャリア方式と比べて電力効率が大きく低下する。電力増幅器における非線形歪みを軽減し、電力効率を改善させる方法として、OFDM信号のピーク対平均電力比を低減する技術が知られている。
【非特許文献１】R. W. Bauml, R.F. H. Fischer and J. B. Huber, “Reducing the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by selective mapping,” Electron. Lett., vol.32, no.22, pp.2056-2057, Oct. 1996.
【非特許文献２】S. H. Muller and J. B. Huber, “OFDM with reduced peak-to-average power ratio by optimum combination of partial transmit sequence,” Electron. Lett., vol.33, no.5, pp.368-369, Feb. 1997.
【非特許文献３】M.Breiling, S. H. Muller, and J. B. Huber, "SLM Peak-Power Reduction without explicit side information," IEEE Commun. Letters, vol.5. no.6, pp.239-241, June 2001.
【非特許文献４】T. Fujii and M. Nakagawa, “Weighting factor estimation methods for partial transmit sequences OFDM to reduce peak power,” IEICE Trans. Commun., vol.E85-B, no.1, pp.221-230, Jan. 2002.
【非特許文献５】L.J.Cimini and N.R. Sollenberger, "Peak-to-Average Power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequence," IEEE Commun. Lett., vol.4, no.3, pp.86-88, March 2000.
【非特許文献６】L.Hanzo, T.H.Liew, and B.L.Yeap, “Turbo Coding, Turbo Equalization and Space-Time Coding for Transmission over fading channels,” John Wiley & Sons, LTD.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。
【０００４】
OFDM信号のPAPRを低減する技術は、クリッピング、符号化、サブキャリアの位相制御に基づく方式に大別できる。
【０００５】
クリッピングは、PAPRが基準値以下になるように振幅を制限する技術であり、大きなピーク電力値の発生する確率が低いことを考慮するとPAPRの低減に有効である。しかし、クリッピングは非線形処理であるため、非線形ひずみによる帯域外スペクトル放射を生じる。クリッピング後にフィルタリングを施すことで帯域外スペクトルを除去できるものの、これはピーク再生成の原因となる。
【０００６】
符号化による方式は、冗長ビット（冗長帯域）を付加し、高いピーク電力を発生させる組合せ（符号語）を避けて符号化することでPAPRを低減するものである。この符号語の冗長性は誤り訂正に利用可能である。しかし、そのためには、低PAPRと誤り訂正の双方の特性を有する特殊な符号語集合（符号化アルゴリズム）を見つける必要がある。
【０００７】
サブキャリア位相制御に基づく方式として、選択マッピング方式（SLM: Selective Mapping）（例えば、非特許文献１参照）や部分系列伝送方式（PTS: Partial Transmit Sequence）（例えば、非特許文献２参照）が知られている。
【０００８】
SLMはOFDM変調前の送信系列にランダムな位相系列をOFDMシンボル単位で乗算する方式であり、複数の候補の中からピーク電力が最小となる系列を選択することでPAPRを低減させる。
【０００９】
一方、PTSは、全サブキャリアを複数のクラスタ（グループ）に分割し、クラスタ毎に適切な位相重み（位相回転子）を乗算した後、それらの出力を合成する方式である。ピーク電力が最小となるように各クラスタの位相重みを制御することでPAPRを低減することができる。
【００１０】
SLMとPTSはPAPRの低減に有効であるが、両方式とも冗長な制御ビット（位相系列または位相重みの情報）がシンボル毎に必要となることに加えて、制御ビットに伝送誤りが生じた場合、元の情報の復元が困難となる。
【００１１】
また、SLMのランダム系列乗算部に自己同期型スクランブラを用いる方式が報告されている（例えば、非特許文献３参照）。この方式では、制御情報が伝送誤りの影響を受けにくいという利点があるものの、冗長ビットの量は従来のPTSと変わらないため伝送効率は改善されない。
【００１２】
また、PTS方式での重み係数を受信側で最尤推定する方式が提案されている(例えば、非特許文献４参照)。この方式はQPSK方式に対して有効であるが、多値変調を用いる場合、最尤推定に必要な計算量の増大が問題となる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信機側でサブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減し、制御情報を用いることなく受信機側で位相制御量（重み係数）を推定することができる無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の無線通信システムは、送信機と受信機とを備える無線通信システムにおいて、前記送信機は、組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器と、前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段と、前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段と、全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段を備え、前記受信機は、前記OFDM信号を受信する受信手段と、前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段と、前記受信データを復号するためのターボ復号器とを備え、前記ターボ復号器は、外部値を計算する複数の要素復号手段と、前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段と、前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段と、前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段を備えることを特徴の１つとする。
【００１５】
このように構成することにより、重み係数の取り得る値が１または-1の２通りであるので、受信側では、要素復号器の外部値を利用して重み係数を推定することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる送信機は、組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器と、前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段と、前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段と、全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段とを備えることを特徴の１つとする。
【００１７】
このように構成することにより、サブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減することができる。
【００１８】
また、本発明の受信機は、OFDM信号を受信する受信手段と、前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段と、前記受信データを復号するためのターボ復号器とを備え、前記ターボ復号器は、外部値を計算する複数の要素復号手段と、前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段と、前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段と、前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段とを備えることを特徴の１つとする。
【００１９】
このように構成することにより、位相制御量（重み係数）を推定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施例によれば、送信機側でサブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減し、制御情報を用いることなく受信機側で位相制御量（重み係数）を推定することができる無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例にかかる無線通信システムの送信機の構成を示すブロック図である。
【００２３】
本実施例にかかる送信機は、情報ビット系列が入力されるターボ符号化器１１と、ターボ符号化器１１と接続された変調器１２とを備える。変調部１２は、ターボ符号化器１１の出力のうち、検査ビットが入力される変調器１２１と、組織ビットが入力される変調器１２２とを備える。
【００２４】
また、送信機は、変調器１２１の出力が入力される直並列変換器（Ｓ／Ｐ）１３１と、変調器１２２の出力が入力される直並列変換器１３２と、直並列変換器１３１および直並列変換器１３２の出力が入力される割当手段としての複数のＩＦＦＴ回路１４と、複数のＩＦＦＴ回路のうち、直並列変換器１３１と接続されたＩＦＦＴ回路の出力が入力される係数乗算部１５と、係数乗算部１５および直並列変換器１３２の出力が入力されるＩＦＦＴ回路の出力が入力される合成手段としての加算器１６と、加算器１６と接続されたガードインターバル挿入回路１７とを備える。
【００２５】
情報ビット系列が、入力部１０より入力され、ターボ符号化器１１で符号化される。ターボ符号化器１１は複数の要素符号器を有し、組織ビット（入力された情報ビット）と、各要素符号器で生成された検査ビットを出力する。このとき、ターボ符号の符号化率を変更するために、検査ビットを一定規則に従い削除（パンクチャード符号化）してもよい。
【００２６】
組織ビットは変調器１２２により送信シンボルに変換された後、直並列変換器１３２を介して、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)回路１４に入力される。ＩＦＦＴ回路１４はOFDM変調回路として働く。
【００２７】
一方、検査ビットは変調器１２１により送信シンボルに変換された後、直並列変換器１３１に入力される。直並列変調器１３１の出力を、複数のクラスタ（グループ）に分けてＩＦＦＴ回路１４によりＩＦＦＴを実行する。
【００２８】
例えば、組織キャリア（組織ビットが割り当てられたサブキャリア）のグループを１番目のクラスタと定義し、検査キャリア（検査ビットが割り当てられたサブキャリア）を複数のグループに分割し、これらを２番目以降のクラスタと定義する。その結果、組織ビットと検査ビットは、ＯＦＤＭ信号のサブキャリアに割り当てられる。
【００２９】
組織キャリアと検査キャリアは任意の周波数に配置することが可能である。例えば、同一クラスタのサブキャリアが隣り合う周波数に連続的に配置されていてもよいし（図２参照）、飛び飛びの周波数に配置されていてもよい（図３参照）。
【００３０】
２番目以降のクラスタには、異なる要素符号器で生成された検査ビットが割り当てられたサブキャリアがそれぞれ同程度の数、含まれるものとする。
【００３１】
ＩＦＦＴ回路１４の出力信号は係数乗算部１５に入力され、１または−１をとる重み係数Ａｌが乗算される。例えば、直並列変換器１３１の出力が入力される複数のＩＦＦＴ回路の各出力に対して重み係数が乗算され、直並列変換器１３２の出力が入力されるＩＦＦＴ回路の出力に対しては重み係数が乗算されない。すなわち、検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数が乗算され、組織ビットが割り当てられたクラスタには重み係数が乗算されない。
【００３２】
係数乗算部１５は、各クラスタの信号の同相成分(以下、I相)と直交成分（以下、Q相）に対して異なる重み係数値を乗算する構成であってもよいし、I相とQ相に同じ重み係数値を乗算する構成であってもよい。
【００３３】
全てのＩＦＦＴ回路の出力信号は、加算器１６により合成される。その結果、OFDM信号が生成される。
【００３４】
係数乗算部１５は、OFDM信号のPAPRが最小となるように重み係数Ａｌをシンボル毎に定める。重み係数Ａｌを求める方法は、全ての可能な組み合わせの中から最適な組み合わせを選ぶ方法を用いてもよいし、反復フリッピング法（例えば、非特許文献５参照）のような簡略化アルゴリズムを用いてもよい。
【００３５】
OFDM信号は、ガードインターバル挿入回路１７においてガードインターバルが挿入された後、出力部１８から出力される。
【００３６】
重み係数Ａｌが−１であるとき、重み係数が乗算された信号の極性が反転する。したがって、受信機では、重み係数が１と−１のいずれであるのかを推定して、反転された信号の極性を元に戻す必要がある。重み係数の取り得る値は、１または−１の２通りであることから、受信機では、重み係数が１である可能性と−１である可能性を比較することで重み係数を推定する。重み係数の推定方法の詳細については以下で説明する。
【００３７】
図4は、本発明の実施例にかかる無線通信システムの受信機の構成を示すブロック図である。
【００３８】
本実施例にかかる受信機は、OFDM信号が受信されるガードインターバル除去回路２１と、ガードインターバル除去回路２１の出力が入力される伝搬路特性計算回路２２および直並列変換器（Ｓ／Ｐ）２３と、直並列変換器２３の出力が入力されるＦＦＴ回路２４と、ＦＦＴ回路２４の出力および伝搬路特性計算回路２２の出力が入力される抽出手段としての同期検波回路２５と、同期検波回路２５の出力が入力される並直列変換器（Ｐ／Ｓ）２６と、並直列変換器２６の出力が入力されるシンボル/ビット変換器２７と、シンボル／ビット変換器２７の出力が入力されるターボ復号器２８１と、ターボ復号器２８１の出力が入力される硬判定器２８２とを備える。
【００３９】
受信部２０によりOFDM信号が受信される。ガードインターバル除去回路２１によりガード区間が除去された信号は、直並列変換器２３および伝搬路特性計算回路に入力される。直並列変換器２３に入力された信号は、直並列変換され、FFT回路２４（OFDM復調回路）に入力される。FFT回路２４の出力は、同期検波回路２５に入力され、伝搬路特性計算回路２２で求められた伝搬路特性を用いて同期検波され、受信データが抽出される。同期検波回路２５の出力系列は、並直列変換器２６、シンボル／ビット変換器２７を介して、軟判定ビット列に変換される。軟判定ビット列はターボ復号器２８１に入力され、重み係数Ａｌの推定と誤りの訂正が行われ、受信データの復号が行われる。ターボ復号器２８１の出力系列は、硬判定器２８２において１または０の系列に変換される。
【００４０】
次に、ターボ復号器２８１について説明する。図５Ａは、ターボ復号器２８１の詳細を示すブロック図である。
【００４１】
ターボ復号器２８１は、２つの要素復号器３１及び３２と、インタリーバ３３と、デインタリーバ３４と、信頼度検査手段としての比較器３５と、通知手段としての判定器３６とを備える。
【００４２】
具体的には、ターボ復号器２８１は、検査ビットおよび組織ビットが入力される要素復号器３１と、要素復号器３１の出力が入力される判定器３６１、比較器３５１および３５２と、判定器３６１の出力が入力されるインタリーバ３３１と、判定器３６２の出力が入力されるデインタリーバ３４と、組織ビットが入力されるインタリーバ３３２と、インタリーバ３３１および３３２の出力および検査ビットが入力される要素復号器３２とを備える。比較器３５１および３５２の出力は、判定器３６１および３６２に入力される。デインターリーバ３４の出力は、要素復号器３１に入力される。要素復号器３２の出力は、比較器３５１および３５２、および判定器３６２に入力される。
【００４３】
入力部３１１及び３２１から組織ビットが、入力部３１２及び３２２から検査ビットが入力される。要素復号器３１及び３２は、入力された組織ビットと検査ビットに基づき外部値を求め、該外部値に基づき、重み係数の推定値＾Ａｊを求める。説明の簡単化のために、要素復号器３１で推定された重み係数を＾Ａ１ｊ、要素復号器３２で推定された重み係数を＾Ａ２ｊと表記する。
【００４４】
ここで、要素復号器３１及び３２の構成について、図５Ｂを参照して説明する。
【００４５】
図５Ｂは、要素復号器３１及び３２の詳細を示すブロック図である。
【００４６】
要素復号器は、組織ビットおよび検査ビットが入力される要素復号手段としてのＭＡＰ復号器４５１と、スイッチ４３と、スイッチが閉じている場合に検査ビットが入力される極性反転回路４４と、スイッチが閉じている場合に、組織ビットと、極性反転回路の出力が入力される要素復号手段としてのＭＡＰ復号器４５２と、ＭＡＰ復号器４５１および４５２の出力が入力される選択回路４９および絶対値計算回路４６と、絶対値計算回路４６の出力が入力される平均値計算回路４７と、平均値計算回路４７の出力が入力される重み係数推定値決定手段としての比較器４８とを備える。比較器４８の出力は選択回路４９に入力される。
【００４７】
スイッチ４３は、極性反転回路４４とMAP復号器４５２の動作状態を説明するための記号である。スイッチ４３が閉じているとき、極性反転回路４４とMAP復号器４５２は動作し、スイッチ４３が開いているとき、極性反転回路４４とMAP復号器４５２は停止する（動作しない）ことを表す。復号開始時点ではスイッチ４３は閉じられている。したがって、入力部４１より入力された組織ビットは、MAP（Maximum A-Posterior）復号器４５１と４５２に入力される。入力部４２より入力された検査ビットはMAP復号器４５１と極性反転回路４４に入力される。
【００４８】
極性反転回路４４は、入力信号に−１を乗算する回路である。重み係数として−１が乗算された入力信号に対して、極性反転回路４４は重み係数を除去するように働く。サブキャリアの変調方式として多値QAMを用いる場合、多値QAMシンボルのI相、Q相の最上位ビットに対応するデータにのみ−１を乗算する。
【００４９】
この理由は、図６に示すように、(グレイ符号化)多値QAMシンボルのI相とQ相には、最上位ビット以外は原点対称となるようにビットを割り当てるので、送信シンボルの極性が反転したとしてもＩ相とQ相の最上位ビット以外は影響を受けないためである。
【００５０】
極性反転回路４４の出力である検査ビットデータはMAP復号器４５２に入力される。MAP復号器４５１と４５２は、入力された組織ビットと検査ビットに基づき、例えばＭＡＰ（またはＭａｘ−ｌｏｇ−ＭＡＰ）アルゴリズムを用いて外部値を計算する（例えば、非特許文献６参照）。
【００５１】
図７は、拘束長K=4のターボ符号に対するトレリス線図の例を示す。同一の重み係数が乗算されている検査ビットと対応する組織ビットのグループとを１ブロックと定義する。ここで、α（ｉ）ｍは初期状態から時刻mに至る全ての状態推移で、時刻mにおいて状態iである確率を表す。β（ｉ）ｍは終了状態から時刻mに至る全ての状態推移で、時刻mにおいて状態iである確率を表す。
【００５２】
重み係数の推定値が確定していないとき、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とみなして計算を行う。この理由は、重み係数が正しく推定されていないブロックではα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍが適切に求まらないので、これらの不適切なα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍの情報を隣接ブロックに引き継がないようにするためである。後述する条件を満たし、重み係数の値が確定した後は、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とすることを止める、例えば、MAP復号と同じアルゴリズムを用いる。
【００５３】
MAP復号器４５１、４５２から出力された外部値Ｌｅ（ｍ）、＾Ｌｅ（ｍ）は選択回路４９と絶対値計算回路４６に入力される。ここで、mは時刻を表す。絶対値計算回路４６はＬｅ（ｊ）（ｍ）と＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）の絶対値である｜Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜、｜＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜を出力する。ｊはブロック番号を表す。
【００５４】
平均値計算回路４７は、絶対値計算回路４６の１ブロック分の出力の平均値であるＡＬ（ｊ）＝〈｜Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜〉、Ａ＾Ｌ（ｊ）＝〈｜＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜〉を計算する回路である。ここで、〈ａ〉は系列{ａ}の平均値を示す。比較器４８は、重み係数が取り得る値のそれぞれについて確からしさを求め、最も確からしい値を重み係数として選択する。例えば、重み係数の推定値の確からしさの指標として、要素復号器で求めた外部値の絶対値の平均値を用い、この平均値を最大とする重み係数を最も確からしいとみなす。具体的には、ＡＬ（ｊ）とＡ＾Ｌ（ｊ）の比較を行い、次式のように重み係数＾Ａｊを決定する。すなわち、外部値を利用して重み係数の推定値を決定する。
【００５５】
【数１】
式（１）は、検査ビットが反転していない場合（ＡＬ（ｊ））と反転している場合（Ａ＾Ｌ（ｊ））を比較して、ＡＬ（ｊ）が大きいとき検査ビットの反転がない（重み係数＾Ａｊ＝１）とみなし、Ａ＾Ｌ（ｊ）が大きいとき検査ビットが反転している(重み係数＾Ａｊ＝−１)とみなすことを表す。式（１）の＾Ａｊは出力部４９１より出力される。選択回路４９は、式（１）の＾Ａｊを参照して、Ｌｅ（ｊ）（ｍ）と＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）のいずれかを次式のようにして選択する。
【００５６】
【数２】
式（３）により選択した外部値
【００５７】
【数３】
は出力部４９２より出力される。
【００５８】
上述のアルゴリズムでは、式（１）の推定結果に誤りがある場合、式（３）において誤った＾Ａｊに対応する外部値が選択される。したがって、不適切な外部値を他の要素復号器の事前情報として用いることで、復号誤りが伝搬し、BER特性を劣化させる可能性がある。
【００５９】
この問題に対処するために、要素復号器で求めた外部値の信頼性を次に示す方法で検査する。＾Ａ１ｊと＾Ａ２ｊの値を比較器３５１および３５２において比較し、２つの重み係数の推定値が一致するかどうかを判定器３６１および３６２に通知する。すなわち、重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する。判定器３６１および３６２は、次式を用いて外部値を求める。
【００６０】
【数４】
ここで、＾Ａ１ｊ、＾Ａ２ｊはそれぞれ１番目と２番目の要素復号器におけるｊ番目のブロックの重み係数の推定値を示す。式（４）を用いるとき、２つの要素復号器の重み係数の推定値が一致しない場合、判定器３６１および３６２はこの重み係数が乗算された検査ビットに対する外部値を０とし、出力しない。信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して、要素復号器間で通知しあう。このように、信頼性が高いと判断された外部値のみを用いて復号と推定を繰り返すことで、重み係数の推定精度を反復毎に改善することができる。
【００６１】
上述の重み係数の推定手順を、「２つの要素復号器の重み係数の推定結果が全て同一となる」または「反復復号回数が規定の回数Ｎｒに達する」まで繰り返す。
【００６２】
上記の基準が満たされた場合、重み係数の値を確定し、以下の処理を実行する。
【００６３】
図５Ｂのスイッチ４３を開き、MAP復号器４５２を停止し、MAP復号器４５１のみを動作させる。MAP復号器４５１は、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とすることを止め、従来と同一のアルゴリズムにより外部値を求める。
【００６４】
重み係数の値が確定した後のターボ復号器及び要素復号器の構成を図８Ａ、図８Ｂに示す。重み係数が確定した後の復号処理は、乗算器３０において検査ビットに重み係数の推定値を乗算すること以外は、従来のターボ復号と同一である。すなわち、複数の要素復号器間、例えば要素復号器３１、要素復号器３２間でインタリーバまたはデインタリーバを介して、外部値を通知しあいながら繰り返し復号を継続する。
【００６５】
重み係数の推定に要する反復回数をｎｒ、重み係数が確定した後の通常のターボ復号における反復回数をＮ０とする場合、ターボ復号の全反復回数Ｎｉｔは、式（５）となる。
【００６６】
Ｎｉｔ＝ｎｒ＋Ｎ０ （５）
となる。ここで、ｎｒ＜Ｎｒである。
【００６７】
本発明の実施例にかかる無線通信システムのPAPR低減と重み係数推定の効果について、計算機シミュレーション結果を参照して説明する。なお、シミュレーション条件を以下の表に示す。
【００６８】
【表１】
図９は、本実施例にかかる無線通信システムのＰＡＰＲ低減方式を適用した場合のOFDM信号の瞬時電力値の補累積分布関数(CCDF)特性を示す。比較のため、従来方式(PTS)によりPAPR低減を行う場合のCCDF特性も示す。ＮＣＬはクラスタ数を表す。図９によれば、本実施例の方式が、従来方式(PTS)と同等のPAPR低減特性を達成することを示している。
【００６９】
図１０は、本実施例にかかる無線通信システムの重み係数の推定方法を適用した場合の平均ビット誤り率特性を示す。比較のため、重み係数の推定が完全である場合の平均ビット誤り率特性も示す。図１０によれば、本実施例にかかる重み係数推定方法を用いた場合と重み係数の推定が完全である場合とを比較して大きな特性劣化がなく、本発明の実施例による重み係数の推定精度が十分に高いことを示している。
【００７０】
本発明の実施例によれば、送信機側で、検査ビットが割り当てられたサブキャリアに１または−１をとる重み係数を乗算し、サブキャリア位相を適応的に制御することで、OFDM信号のPAPRを低減できる。また、重み係数の取り得る値が限られていることから、受信側では、これらの可能性を比較して、最も可能性の高い値を重み係数の推定値とすることにより、制御情報を用いることなく重み係数を決定することができる。これにより、電力増幅器で発生する非線形歪みを軽減し、電力増幅器における電力効率を改善することができる。また、制御情報を用いることによる伝送効率の低下を回避することができる。
【００７１】
本実施例にかかる無線通信システムにおいては、重み係数の取り得る値が１または−１の２通りであるので、受信側では、重み係数が１である可能性と−１である可能性を比較することで、重み係数を推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる無線通信システム、送信機及び受信機は、移動通信システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例に係る無線通信システム用の送信機を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係るサブキャリアのクラスタ分割を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係るサブキャリアのクラスタ分割を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る無線通信システム用の受信機を示すブロック図である。
【図５Ａ】本発明の一実施例にかかるターボ復号器を示すブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施例にかかるターボ復号器の要素復号器を示すブロック図である。
【図６】グレイ符号化６４ＱＡＭシンボルの同相軸上でのビットマッピングの一例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施例に係る要素復号器のトレリス線図である。
【図８Ａ】本発明の実施例に係る重み係数確定後のターボ復号器を示すブロック図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例に係る重み係数確定後のターボ復号器の要素復号器を示すブロック図である。
【図９】ＰＡＰＲ低減を行う場合のＯＦＤＭ信号の瞬時電力値の補累積分布関数特性を示す特性図である。
【図１０】ＰＡＰＲ低減および重み係数推定を行う場合の平均ビット誤り率特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０、３１１、３１２、３２１，３２２，４１、４２ 入力端子
１１ ターボ符号化器
１２ 変調器
１３、２３ 直並列変換器
１４ IFFT回路
１５ 係数乗算器
１６ 加算器
１７ ガードインターバル挿入回路
１８、２９、４９１、４９２ 出力端子
２１ ガードインターバル除去回路
２２ 伝搬路特性計算回路
２４ FFT回路
２５ 同期検波回路
２６ 並直列変換器
２７ シンボル/ビット変換
２８１ ターボ復号器
２８２ 硬判定器
３１、３２ 要素復号器
３３ インターリーバー
３４ デインターリーバー
３５、４８ 比較器
３６ 判定器
４３ スイッチ
４４ 極性反転回路
４５１、４５２ MAP復号器
４６ 絶対値計算器
４７ 平均値計算器
４９ 選択回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交周波数分割多重(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いた無線通信システム並びにそれに用いられる送信機及び受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
OFDM方式は、周波数選択性フェージングによる信号歪みの影響を軽減することができるので、高速無線通信に有効である。しかしながら、OFDM方式では、キャリア数の増加に伴い、ピーク対平均電力比（PAPR: Peak-to-Average Power Ratio）が上昇するため、送信電力増幅器での非線形歪みによる帯域外スペクトル放射を生じる。電力増幅器におけるバックオフ量を増加することで非線形歪みを軽減できるものの、シングルキャリア方式と比べて電力効率が大きく低下する。電力増幅器における非線形歪みを軽減し、電力効率を改善させる方法として、OFDM信号のピーク対平均電力比を低減する技術が知られている。
【非特許文献１】R. W. Bauml, R.F. H. Fischer and J. B. Huber, “Reducing the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by selective mapping,” Electron. Lett., vol.32, no.22, pp.2056-2057, Oct. 1996.
【非特許文献２】S. H. Muller and J. B. Huber, “OFDM with reduced peak-to-average power ratio by optimum combination of partial transmit sequence,” Electron. Lett., vol.33, no.5, pp.368-369, Feb. 1997.
【非特許文献３】M.Breiling, S. H. Muller, and J. B. Huber, "SLM Peak-Power Reduction without explicit side information," IEEE Commun. Letters, vol.5. no.6, pp.239-241, June 2001.
【非特許文献４】T. Fujii and M. Nakagawa, “Weighting factor estimation methods for partial transmit sequences OFDM to reduce peak power,” IEICE Trans. Commun., vol.E85-B, no.1, pp.221-230, Jan. 2002.
【非特許文献５】L.J.Cimini and N.R. Sollenberger, "Peak-to-Average Power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequence," IEEE Commun. Lett., vol.4, no.3, pp.86-88, March 2000.
【非特許文献６】L.Hanzo, T.H.Liew, and B.L.Yeap, “Turbo Coding, Turbo Equalization and Space-Time Coding for Transmission over fading channels,” John Wiley & Sons, LTD.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。
【０００４】
OFDM信号のPAPRを低減する技術は、クリッピング、符号化、サブキャリアの位相制御に基づく方式に大別できる。
【０００５】
クリッピングは、PAPRが基準値以下になるように振幅を制限する技術であり、大きなピーク電力値の発生する確率が低いことを考慮するとPAPRの低減に有効である。しかし、クリッピングは非線形処理であるため、非線形ひずみによる帯域外スペクトル放射を生じる。クリッピング後にフィルタリングを施すことで帯域外スペクトルを除去できるものの、これはピーク再生成の原因となる。
【０００６】
符号化による方式は、冗長ビット（冗長帯域）を付加し、高いピーク電力を発生させる組合せ（符号語）を避けて符号化することでPAPRを低減するものである。この符号語の冗長性は誤り訂正に利用可能である。しかし、そのためには、低PAPRと誤り訂正の双方の特性を有する特殊な符号語集合（符号化アルゴリズム）を見つける必要がある。
【０００７】
サブキャリア位相制御に基づく方式として、選択マッピング方式（SLM: Selective Mapping）（例えば、非特許文献１参照）や部分系列伝送方式（PTS: Partial Transmit Sequence）（例えば、非特許文献２参照）が知られている。
【０００８】
SLMはOFDM変調前の送信系列にランダムな位相系列をOFDMシンボル単位で乗算する方式であり、複数の候補の中からピーク電力が最小となる系列を選択することでPAPRを低減させる。
【０００９】
一方、PTSは、全サブキャリアを複数のクラスタ（グループ）に分割し、クラスタ毎に適切な位相重み（位相回転子）を乗算した後、それらの出力を合成する方式である。ピーク電力が最小となるように各クラスタの位相重みを制御することでPAPRを低減することができる。
【００１０】
SLMとPTSはPAPRの低減に有効であるが、両方式とも冗長な制御ビット（位相系列または位相重みの情報）がシンボル毎に必要となることに加えて、制御ビットに伝送誤りが生じた場合、元の情報の復元が困難となる。
【００１１】
また、SLMのランダム系列乗算部に自己同期型スクランブラを用いる方式が報告されている（例えば、非特許文献３参照）。この方式では、制御情報が伝送誤りの影響を受けにくいという利点があるものの、冗長ビットの量は従来のPTSと変わらないため伝送効率は改善されない。
【００１２】
また、PTS方式での重み係数を受信側で最尤推定する方式が提案されている(例えば、非特許文献４参照)。この方式はQPSK方式に対して有効であるが、多値変調を用いる場合、最尤推定に必要な計算量の増大が問題となる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信機側でサブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減し、制御情報を用いることなく受信機側で位相制御量（重み係数）を推定することができる無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の無線通信システムは、送信機と受信機とを備える無線通信システムにおいて、前記送信機は、組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器と、前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段と、前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段と、全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段を備え、前記受信機は、前記OFDM信号を受信する受信手段と、前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段と、前記受信データを復号するためのターボ復号器とを備え、前記ターボ復号器は、外部値を計算する複数の要素復号手段と、前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段と、前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段と、前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段を備えることを特徴の１つとする。
【００１５】
このように構成することにより、重み係数の取り得る値が１または-1の２通りであるので、受信側では、要素復号器の外部値を利用して重み係数を推定することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる送信機は、組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器と、前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段と、前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段と、全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段とを備えることを特徴の１つとする。
【００１７】
このように構成することにより、サブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減することができる。
【００１８】
また、本発明の受信機は、OFDM信号を受信する受信手段と、前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段と、前記受信データを復号するためのターボ復号器とを備え、前記ターボ復号器は、外部値を計算する複数の要素復号手段と、前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段と、前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段と、前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段とを備えることを特徴の１つとする。
【００１９】
このように構成することにより、位相制御量（重み係数）を推定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施例によれば、送信機側でサブキャリア位相を制御（重み係数を乗算）することでOFDM信号のPAPRを低減し、制御情報を用いることなく受信機側で位相制御量（重み係数）を推定することができる無線通信システム並びにそれに使用される送信機及び受信機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例にかかる無線通信システムの送信機の構成を示すブロック図である。
【００２３】
本実施例にかかる送信機は、情報ビット系列が入力されるターボ符号化器１１と、ターボ符号化器１１と接続された変調器１２とを備える。変調部１２は、ターボ符号化器１１の出力のうち、検査ビットが入力される変調器１２１と、組織ビットが入力される変調器１２２とを備える。
【００２４】
また、送信機は、変調器１２１の出力が入力される直並列変換器（Ｓ／Ｐ）１３１と、変調器１２２の出力が入力される直並列変換器１３２と、直並列変換器１３１および直並列変換器１３２の出力が入力される割当手段としての複数のＩＦＦＴ回路１４と、複数のＩＦＦＴ回路のうち、直並列変換器１３１と接続されたＩＦＦＴ回路の出力が入力される係数乗算部１５と、係数乗算部１５および直並列変換器１３２の出力が入力されるＩＦＦＴ回路の出力が入力される合成手段としての加算器１６と、加算器１６と接続されたガードインターバル挿入回路１７とを備える。
【００２５】
情報ビット系列が、入力部１０より入力され、ターボ符号化器１１で符号化される。ターボ符号化器１１は複数の要素符号器を有し、組織ビット（入力された情報ビット）と、各要素符号器で生成された検査ビットを出力する。このとき、ターボ符号の符号化率を変更するために、検査ビットを一定規則に従い削除（パンクチャード符号化）してもよい。
【００２６】
組織ビットは変調器１２２により送信シンボルに変換された後、直並列変換器１３２を介して、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)回路１４に入力される。ＩＦＦＴ回路１４はOFDM変調回路として働く。
【００２７】
一方、検査ビットは変調器１２１により送信シンボルに変換された後、直並列変換器１３１に入力される。直並列変調器１３１の出力を、複数のクラスタ（グループ）に分けてＩＦＦＴ回路１４によりＩＦＦＴを実行する。
【００２８】
例えば、組織キャリア（組織ビットが割り当てられたサブキャリア）のグループを１番目のクラスタと定義し、検査キャリア（検査ビットが割り当てられたサブキャリア）を複数のグループに分割し、これらを２番目以降のクラスタと定義する。その結果、組織ビットと検査ビットは、ＯＦＤＭ信号のサブキャリアに割り当てられる。
【００２９】
組織キャリアと検査キャリアは任意の周波数に配置することが可能である。例えば、同一クラスタのサブキャリアが隣り合う周波数に連続的に配置されていてもよいし（図２参照）、飛び飛びの周波数に配置されていてもよい（図３参照）。
【００３０】
２番目以降のクラスタには、異なる要素符号器で生成された検査ビットが割り当てられたサブキャリアがそれぞれ同程度の数、含まれるものとする。
【００３１】
ＩＦＦＴ回路１４の出力信号は係数乗算部１５に入力され、１または−１をとる重み係数Ａｌが乗算される。例えば、直並列変換器１３１の出力が入力される複数のＩＦＦＴ回路の各出力に対して重み係数が乗算され、直並列変換器１３２の出力が入力されるＩＦＦＴ回路の出力に対しては重み係数が乗算されない。すなわち、検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数が乗算され、組織ビットが割り当てられたクラスタには重み係数が乗算されない。
【００３２】
係数乗算部１５は、各クラスタの信号の同相成分(以下、I相)と直交成分（以下、Q相）に対して異なる重み係数値を乗算する構成であってもよいし、I相とQ相に同じ重み係数値を乗算する構成であってもよい。
【００３３】
全てのＩＦＦＴ回路の出力信号は、加算器１６により合成される。その結果、OFDM信号が生成される。
【００３４】
係数乗算部１５は、OFDM信号のPAPRが最小となるように重み係数Ａｌをシンボル毎に定める。重み係数Ａｌを求める方法は、全ての可能な組み合わせの中から最適な組み合わせを選ぶ方法を用いてもよいし、反復フリッピング法（例えば、非特許文献５参照）のような簡略化アルゴリズムを用いてもよい。
【００３５】
OFDM信号は、ガードインターバル挿入回路１７においてガードインターバルが挿入された後、出力部１８から出力される。
【００３６】
重み係数Ａｌが−１であるとき、重み係数が乗算された信号の極性が反転する。したがって、受信機では、重み係数が１と−１のいずれであるのかを推定して、反転された信号の極性を元に戻す必要がある。重み係数の取り得る値は、１または−１の２通りであることから、受信機では、重み係数が１である可能性と−１である可能性を比較することで重み係数を推定する。重み係数の推定方法の詳細については以下で説明する。
【００３７】
図4は、本発明の実施例にかかる無線通信システムの受信機の構成を示すブロック図である。
【００３８】
本実施例にかかる受信機は、OFDM信号が受信されるガードインターバル除去回路２１と、ガードインターバル除去回路２１の出力が入力される伝搬路特性計算回路２２および直並列変換器（Ｓ／Ｐ）２３と、直並列変換器２３の出力が入力されるＦＦＴ回路２４と、ＦＦＴ回路２４の出力および伝搬路特性計算回路２２の出力が入力される抽出手段としての同期検波回路２５と、同期検波回路２５の出力が入力される並直列変換器（Ｐ／Ｓ）２６と、並直列変換器２６の出力が入力されるシンボル/ビット変換器２７と、シンボル／ビット変換器２７の出力が入力されるターボ復号器２８１と、ターボ復号器２８１の出力が入力される硬判定器２８２とを備える。
【００３９】
受信部２０によりOFDM信号が受信される。ガードインターバル除去回路２１によりガード区間が除去された信号は、直並列変換器２３および伝搬路特性計算回路に入力される。直並列変換器２３に入力された信号は、直並列変換され、FFT回路２４（OFDM復調回路）に入力される。FFT回路２４の出力は、同期検波回路２５に入力され、伝搬路特性計算回路２２で求められた伝搬路特性を用いて同期検波され、受信データが抽出される。同期検波回路２５の出力系列は、並直列変換器２６、シンボル／ビット変換器２７を介して、軟判定ビット列に変換される。軟判定ビット列はターボ復号器２８１に入力され、重み係数Ａｌの推定と誤りの訂正が行われ、受信データの復号が行われる。ターボ復号器２８１の出力系列は、硬判定器２８２において１または０の系列に変換される。
【００４０】
次に、ターボ復号器２８１について説明する。図５Ａは、ターボ復号器２８１の詳細を示すブロック図である。
【００４１】
ターボ復号器２８１は、２つの要素復号器３１及び３２と、インタリーバ３３と、デインタリーバ３４と、信頼度検査手段としての比較器３５と、通知手段としての判定器３６とを備える。
【００４２】
具体的には、ターボ復号器２８１は、検査ビットおよび組織ビットが入力される要素復号器３１と、要素復号器３１の出力が入力される判定器３６１、比較器３５１および３５２と、判定器３６１の出力が入力されるインタリーバ３３１と、判定器３６２の出力が入力されるデインタリーバ３４と、組織ビットが入力されるインタリーバ３３２と、インタリーバ３３１および３３２の出力および検査ビットが入力される要素復号器３２とを備える。比較器３５１および３５２の出力は、判定器３６１および３６２に入力される。デインターリーバ３４の出力は、要素復号器３１に入力される。要素復号器３２の出力は、比較器３５１および３５２、および判定器３６２に入力される。
【００４３】
入力部３１１及び３２１から組織ビットが、入力部３１２及び３２２から検査ビットが入力される。要素復号器３１及び３２は、入力された組織ビットと検査ビットに基づき外部値を求め、該外部値に基づき、重み係数の推定値＾Ａｊを求める。説明の簡単化のために、要素復号器３１で推定された重み係数を＾Ａ１ｊ、要素復号器３２で推定された重み係数を＾Ａ２ｊと表記する。
【００４４】
ここで、要素復号器３１及び３２の構成について、図５Ｂを参照して説明する。
【００４５】
図５Ｂは、要素復号器３１及び３２の詳細を示すブロック図である。
【００４６】
要素復号器は、組織ビットおよび検査ビットが入力される要素復号手段としてのＭＡＰ復号器４５１と、スイッチ４３と、スイッチが閉じている場合に検査ビットが入力される極性反転回路４４と、スイッチが閉じている場合に、組織ビットと、極性反転回路の出力が入力される要素復号手段としてのＭＡＰ復号器４５２と、ＭＡＰ復号器４５１および４５２の出力が入力される選択回路４９および絶対値計算回路４６と、絶対値計算回路４６の出力が入力される平均値計算回路４７と、平均値計算回路４７の出力が入力される重み係数推定値決定手段としての比較器４８とを備える。比較器４８の出力は選択回路４９に入力される。
【００４７】
スイッチ４３は、極性反転回路４４とMAP復号器４５２の動作状態を説明するための記号である。スイッチ４３が閉じているとき、極性反転回路４４とMAP復号器４５２は動作し、スイッチ４３が開いているとき、極性反転回路４４とMAP復号器４５２は停止する（動作しない）ことを表す。復号開始時点ではスイッチ４３は閉じられている。したがって、入力部４１より入力された組織ビットは、MAP（Maximum A-Posterior）復号器４５１と４５２に入力される。入力部４２より入力された検査ビットはMAP復号器４５１と極性反転回路４４に入力される。
【００４８】
極性反転回路４４は、入力信号に−１を乗算する回路である。重み係数として−１が乗算された入力信号に対して、極性反転回路４４は重み係数を除去するように働く。サブキャリアの変調方式として多値QAMを用いる場合、多値QAMシンボルのI相、Q相の最上位ビットに対応するデータにのみ−１を乗算する。
【００４９】
この理由は、図６に示すように、(グレイ符号化)多値QAMシンボルのI相とQ相には、最上位ビット以外は原点対称となるようにビットを割り当てるので、送信シンボルの極性が反転したとしてもＩ相とQ相の最上位ビット以外は影響を受けないためである。
【００５０】
極性反転回路４４の出力である検査ビットデータはMAP復号器４５２に入力される。MAP復号器４５１と４５２は、入力された組織ビットと検査ビットに基づき、例えばＭＡＰ（またはＭａｘ−ｌｏｇ−ＭＡＰ）アルゴリズムを用いて外部値を計算する（例えば、非特許文献６参照）。
【００５１】
図７は、拘束長K=4のターボ符号に対するトレリス線図の例を示す。同一の重み係数が乗算されている検査ビットと対応する組織ビットのグループとを１ブロックと定義する。ここで、α（ｉ）ｍは初期状態から時刻mに至る全ての状態推移で、時刻mにおいて状態iである確率を表す。β（ｉ）ｍは終了状態から時刻mに至る全ての状態推移で、時刻mにおいて状態iである確率を表す。
【００５２】
重み係数の推定値が確定していないとき、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とみなして計算を行う。この理由は、重み係数が正しく推定されていないブロックではα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍが適切に求まらないので、これらの不適切なα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍの情報を隣接ブロックに引き継がないようにするためである。後述する条件を満たし、重み係数の値が確定した後は、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とすることを止める、例えば、MAP復号と同じアルゴリズムを用いる。
【００５３】
MAP復号器４５１、４５２から出力された外部値Ｌｅ（ｍ）、＾Ｌｅ（ｍ）は選択回路４９と絶対値計算回路４６に入力される。ここで、mは時刻を表す。絶対値計算回路４６はＬｅ（ｊ）（ｍ）と＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）の絶対値である｜Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜、｜＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜を出力する。ｊはブロック番号を表す。
【００５４】
平均値計算回路４７は、絶対値計算回路４６の１ブロック分の出力の平均値であるＡＬ（ｊ）＝〈｜Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜〉、Ａ＾Ｌ（ｊ）＝〈｜＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）｜〉を計算する回路である。ここで、〈ａ〉は系列{ａ}の平均値を示す。比較器４８は、重み係数が取り得る値のそれぞれについて確からしさを求め、最も確からしい値を重み係数として選択する。例えば、重み係数の推定値の確からしさの指標として、要素復号器で求めた外部値の絶対値の平均値を用い、この平均値を最大とする重み係数を最も確からしいとみなす。具体的には、ＡＬ（ｊ）とＡ＾Ｌ（ｊ）の比較を行い、次式のように重み係数＾Ａｊを決定する。すなわち、外部値を利用して重み係数の推定値を決定する。
【００５５】
【数１】
式（１）は、検査ビットが反転していない場合（ＡＬ（ｊ））と反転している場合（Ａ＾Ｌ（ｊ））を比較して、ＡＬ（ｊ）が大きいとき検査ビットの反転がない（重み係数＾Ａｊ＝１）とみなし、Ａ＾Ｌ（ｊ）が大きいとき検査ビットが反転している(重み係数＾Ａｊ＝−１)とみなすことを表す。式（１）の＾Ａｊは出力部４９１より出力される。選択回路４９は、式（１）の＾Ａｊを参照して、Ｌｅ（ｊ）（ｍ）と＾Ｌｅ（ｊ）（ｍ）のいずれかを次式のようにして選択する。
【００５６】
【数２】
式（３）により選択した外部値
【００５７】
【数３】
は出力部４９２より出力される。
【００５８】
上述のアルゴリズムでは、式（１）の推定結果に誤りがある場合、式（３）において誤った＾Ａｊに対応する外部値が選択される。したがって、不適切な外部値を他の要素復号器の事前情報として用いることで、復号誤りが伝搬し、BER特性を劣化させる可能性がある。
【００５９】
この問題に対処するために、要素復号器で求めた外部値の信頼性を次に示す方法で検査する。＾Ａ１ｊと＾Ａ２ｊの値を比較器３５１および３５２において比較し、２つの重み係数の推定値が一致するかどうかを判定器３６１および３６２に通知する。すなわち、重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する。判定器３６１および３６２は、次式を用いて外部値を求める。
【００６０】
【数４】
ここで、＾Ａ１ｊ、＾Ａ２ｊはそれぞれ１番目と２番目の要素復号器におけるｊ番目のブロックの重み係数の推定値を示す。式（４）を用いるとき、２つの要素復号器の重み係数の推定値が一致しない場合、判定器３６１および３６２はこの重み係数が乗算された検査ビットに対する外部値を０とし、出力しない。信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して、要素復号器間で通知しあう。このように、信頼性が高いと判断された外部値のみを用いて復号と推定を繰り返すことで、重み係数の推定精度を反復毎に改善することができる。
【００６１】
上述の重み係数の推定手順を、「２つの要素復号器の重み係数の推定結果が全て同一となる」または「反復復号回数が規定の回数Ｎｒに達する」まで繰り返す。
【００６２】
上記の基準が満たされた場合、重み係数の値を確定し、以下の処理を実行する。
【００６３】
図５Ｂのスイッチ４３を開き、MAP復号器４５２を停止し、MAP復号器４５１のみを動作させる。MAP復号器４５１は、ブロック境界のノードでの各状態のα（ｉ）ｍ、β（ｉ）ｍを等確率とすることを止め、従来と同一のアルゴリズムにより外部値を求める。
【００６４】
重み係数の値が確定した後のターボ復号器及び要素復号器の構成を図８Ａ、図８Ｂに示す。重み係数が確定した後の復号処理は、乗算器３０において検査ビットに重み係数の推定値を乗算すること以外は、従来のターボ復号と同一である。すなわち、複数の要素復号器間、例えば要素復号器３１、要素復号器３２間でインタリーバまたはデインタリーバを介して、外部値を通知しあいながら繰り返し復号を継続する。
【００６５】
重み係数の推定に要する反復回数をｎｒ、重み係数が確定した後の通常のターボ復号における反復回数をＮ０とする場合、ターボ復号の全反復回数Ｎｉｔは、式（５）となる。
【００６６】
Ｎｉｔ＝ｎｒ＋Ｎ０ （５）
となる。ここで、ｎｒ＜Ｎｒである。
【００６７】
本発明の実施例にかかる無線通信システムのPAPR低減と重み係数推定の効果について、計算機シミュレーション結果を参照して説明する。なお、シミュレーション条件を以下の表に示す。
【００６８】
【表１】
図９は、本実施例にかかる無線通信システムのＰＡＰＲ低減方式を適用した場合のOFDM信号の瞬時電力値の補累積分布関数(CCDF)特性を示す。比較のため、従来方式(PTS)によりPAPR低減を行う場合のCCDF特性も示す。ＮＣＬはクラスタ数を表す。図９によれば、本実施例の方式が、従来方式(PTS)と同等のPAPR低減特性を達成することを示している。
【００６９】
図１０は、本実施例にかかる無線通信システムの重み係数の推定方法を適用した場合の平均ビット誤り率特性を示す。比較のため、重み係数の推定が完全である場合の平均ビット誤り率特性も示す。図１０によれば、本実施例にかかる重み係数推定方法を用いた場合と重み係数の推定が完全である場合とを比較して大きな特性劣化がなく、本発明の実施例による重み係数の推定精度が十分に高いことを示している。
【００７０】
本発明の実施例によれば、送信機側で、検査ビットが割り当てられたサブキャリアに１または−１をとる重み係数を乗算し、サブキャリア位相を適応的に制御することで、OFDM信号のPAPRを低減できる。また、重み係数の取り得る値が限られていることから、受信側では、これらの可能性を比較して、最も可能性の高い値を重み係数の推定値とすることにより、制御情報を用いることなく重み係数を決定することができる。これにより、電力増幅器で発生する非線形歪みを軽減し、電力増幅器における電力効率を改善することができる。また、制御情報を用いることによる伝送効率の低下を回避することができる。
【００７１】
本実施例にかかる無線通信システムにおいては、重み係数の取り得る値が１または−１の２通りであるので、受信側では、重み係数が１である可能性と−１である可能性を比較することで、重み係数を推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる無線通信システム、送信機及び受信機は、移動通信システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例に係る無線通信システム用の送信機を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係るサブキャリアのクラスタ分割を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係るサブキャリアのクラスタ分割を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る無線通信システム用の受信機を示すブロック図である。
【図５Ａ】本発明の一実施例にかかるターボ復号器を示すブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施例にかかるターボ復号器の要素復号器を示すブロック図である。
【図６】グレイ符号化６４ＱＡＭシンボルの同相軸上でのビットマッピングの一例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施例に係る要素復号器のトレリス線図である。
【図８Ａ】本発明の実施例に係る重み係数確定後のターボ復号器を示すブロック図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例に係る重み係数確定後のターボ復号器の要素復号器を示すブロック図である。
【図９】ＰＡＰＲ低減を行う場合のＯＦＤＭ信号の瞬時電力値の補累積分布関数特性を示す特性図である。
【図１０】ＰＡＰＲ低減および重み係数推定を行う場合の平均ビット誤り率特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０、３１１、３１２、３２１，３２２，４１、４２ 入力端子
１１ ターボ符号化器
１２ 変調器
１３、２３ 直並列変換器
１４ IFFT回路
１５ 係数乗算器
１６ 加算器
１７ ガードインターバル挿入回路
１８、２９、４９１、４９２ 出力端子
２１ ガードインターバル除去回路
２２ 伝搬路特性計算回路
２４ FFT回路
２５ 同期検波回路
２６ 並直列変換器
２７ シンボル/ビット変換
２８１ ターボ復号器
２８２ 硬判定器
３１、３２ 要素復号器
３３ インターリーバー
３４ デインターリーバー
３５、４８ 比較器
３６ 判定器
４３ スイッチ
４４ 極性反転回路
４５１、４５２ MAP復号器
４６ 絶対値計算器
４７ 平均値計算器
４９ 選択回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機とを備える無線通信システムにおいて：
前記送信機は、
組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器；
前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段；
前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段；
全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段；
を備え、
前記受信機は、
前記OFDM信号を受信する受信手段；
前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段；
前記受信データを復号するためのターボ復号器と；
を備え、
前記ターボ復号器は、
外部値を計算する複数の要素復号手段；
前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段；
前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段；
前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段；
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアに乗算する重み係数が、１または−１のいずれか１つであることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアに乗算する重み係数が、OFDM信号のピーク対平均電力比を最小とするように選ばれることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアの変調方式として多値QAMを用いる場合、同相成分と直交成分の最上位ビット以外は原点対称となるように送信すべきビットを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数推定値決定手段は、前記重み係数が取り得る値のそれぞれについて確からしさを求め、最も確からしい値を重み係数として選択することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定値の確からしさの指標として、要素復号器で求めた外部値の絶対値の平均値を用い、この平均値を最大とする重み係数を最も確からしいとみなすことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１、２および５のいずれか１項に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の取り得る値が１または−１であるとき、受信機において検査ビットに１を乗算した場合と−１を乗算した場合の確からしさを比較して、前者の方が確からしい場合に重み係数を１と推定し、後者の方が確からしい場合に重み係数を−１と推定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定を複数の要素復号器を用いて繰り返し実行することを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項1に記載の無線通信システムにおいて：
検査ビットに乗算された重み係数を複数の要素復号器で推定し、それらの推定結果が一致しない場合に該検査ビットに対応する外部値の信頼度が低いと判断し、該検査ビットに対応する外部値を０とし、出力しないことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信システムにおいて：
前記要素復号器で求めた重み係数の推定値が、その他の要素復号器で求めた重み係数の推定値と全て一致した場合に重み係数の推定を終了することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定が終了した後、複数の要素復号器間でインタリーバまたはデインタリーバを介して外部値を通知しあいながら繰り返し復号を継続することを特徴とする記載の無線通信システム。
【請求項１２】
組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器；
前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段；
前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段；
全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段；
を備えることを特徴とする送信機。
【請求項１３】
OFDM信号を受信する受信手段；
前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段；
前記受信データを復号するためのターボ復号器；
を備え、
前記ターボ復号器は、
外部値を計算する複数の要素復号手段；
前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段；
前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段；
前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段；
を備えることを特徴とする受信機。
【請求項１】
送信機と受信機とを備える無線通信システムにおいて：
前記送信機は、
組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器；
前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段；
前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段；
全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段；
を備え、
前記受信機は、
前記OFDM信号を受信する受信手段；
前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段；
前記受信データを復号するためのターボ復号器と；
を備え、
前記ターボ復号器は、
外部値を計算する複数の要素復号手段；
前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段；
前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段；
前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段；
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアに乗算する重み係数が、１または−１のいずれか１つであることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアに乗算する重み係数が、OFDM信号のピーク対平均電力比を最小とするように選ばれることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記サブキャリアの変調方式として多値QAMを用いる場合、同相成分と直交成分の最上位ビット以外は原点対称となるように送信すべきビットを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数推定値決定手段は、前記重み係数が取り得る値のそれぞれについて確からしさを求め、最も確からしい値を重み係数として選択することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定値の確からしさの指標として、要素復号器で求めた外部値の絶対値の平均値を用い、この平均値を最大とする重み係数を最も確からしいとみなすことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１、２および５のいずれか１項に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の取り得る値が１または−１であるとき、受信機において検査ビットに１を乗算した場合と−１を乗算した場合の確からしさを比較して、前者の方が確からしい場合に重み係数を１と推定し、後者の方が確からしい場合に重み係数を−１と推定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定を複数の要素復号器を用いて繰り返し実行することを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項1に記載の無線通信システムにおいて：
検査ビットに乗算された重み係数を複数の要素復号器で推定し、それらの推定結果が一致しない場合に該検査ビットに対応する外部値の信頼度が低いと判断し、該検査ビットに対応する外部値を０とし、出力しないことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信システムにおいて：
前記要素復号器で求めた重み係数の推定値が、その他の要素復号器で求めた重み係数の推定値と全て一致した場合に重み係数の推定を終了することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて：
前記重み係数の推定が終了した後、複数の要素復号器間でインタリーバまたはデインタリーバを介して外部値を通知しあいながら繰り返し復号を継続することを特徴とする記載の無線通信システム。
【請求項１２】
組織ビットと検査ビットとを出力するターボ符号化器；
前記組織ビットと前記検査ビットとをOFDM信号のサブキャリアに割り当てる割当手段；
前記検査ビットが割り当てられた複数のサブキャリアに重み係数を乗算する係数乗算手段；
全てのサブキャリアを合成してOFDM信号を生成し伝送する合成手段；
を備えることを特徴とする送信機。
【請求項１３】
OFDM信号を受信する受信手段；
前記OFDM信号から受信データを抽出する抽出手段；
前記受信データを復号するためのターボ復号器；
を備え、
前記ターボ復号器は、
外部値を計算する複数の要素復号手段；
前記要素復号器の外部値を利用して前記重み係数の推定値を決定する重み係数推定値決定手段；
前記重み係数の推定値と外部値の信頼度を検査する信頼度検査手段；
前記信頼度の基準を満たした外部値のみをインタリーバまたはデインタリーバを介して要素復号器間で通知しあう通知手段；
を備えることを特徴とする受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−７４１４８（Ｐ２００７−７４１４８Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５６９４２（Ｐ２００５−２５６９４２）
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年３月７日 社団法人電子情報通信学会発行の「２００５年電子情報通信学会 総合大会講演論文集 通信１」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年６月１０日 社団法人電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会技術研究報告 信学技報Ｖｏｌ．１０５ Ｎｏ．１２１」に発表
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年３月７日 社団法人電子情報通信学会発行の「２００５年電子情報通信学会 総合大会講演論文集 通信１」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年６月１０日 社団法人電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会技術研究報告 信学技報Ｖｏｌ．１０５ Ｎｏ．１２１」に発表
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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