知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6296604
(24)【登録日】2018年3月2日
(45)【発行日】2018年3月20日
(54)【発明の名称】ＯＦＤＭ信号送信装置
(51)【国際特許分類】
H04L 27/26 20060101AFI20180312BHJP
【ＦＩ】
H04L27/26 300
【請求項の数】6
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2014-85913(P2014-85913)
(22)【出願日】2014年4月17日
(65)【公開番号】特開2015-207834(P2015-207834A)
(43)【公開日】2015年11月19日
【審査請求日】2017年3月15日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （学術研究集会名）電子情報通信学会ＳＲ研究会 （発表者） 水谷 圭一、原田 博司 （発表日） 平成２５年１０月１７日 （学術研究集会名）電子情報通信学会ＳＲ研究会 （発表者） 水谷 圭一、松村 武、石津 健太郎、藍 洲、村上 誉、原田 博司 （発表日） 平成２６年２月２４日 （ウェブサイトのアドレス）ｈｔｔｐ：／／ｓｅａｒｃｈ．ｉｅｉｃｅ．ｏｒｇ／ｂｉｎ／ｓｕｍｍａｒｙ．ｐｈｐ？ｉｄ＝ｅ９７−ｂ＿４＿８７５ （公開者） 水谷 圭一、藍 洲、原田 博司 （掲載日） 平成２６年４月１日 （学術研究集会名） ＩＥＥＥ ＷＣＮＣ ２０１４ （公開者） 水谷 圭一、原田 博司 （発表日） 平成２６年４月７日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】301022471
【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】100120868
【弁理士】
【氏名又は名称】安彦 元
(72)【発明者】
【氏名】水谷 圭一
(72)【発明者】
【氏名】原田 博司
【審査官】
吉江 一明
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−０７４４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１２／１５８９６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
Keiichi Mizutani et al. ，Windowing pulse shaping for IEEE 802.15.4m NB-OFDM，IEEE 802.15-13-0031-03-004m，IEEE，２０１３年 １月１５日，Slides 1-9
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｌ ２７／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置において、
上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して施す時間軸ウィンドウイング処理の時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは送信帯域内における送信信号の電力スペクトラム密度（ＰＳＤ）の最大値に相当する帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやRF回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定のいずれか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め記憶されている送信電力パラメータテーブルと、
上記送信電力パラメータテーブルで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め記憶されているスループットパラメータテーブルと、
上記スループットパラメータテーブルに記憶されている調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択手段と、
上記通信条件選択手段により選択された通信条件における時間軸ウィンドウイング長に亘り時間軸ウィンドウイング処理が施されたＯＦＤＭ信号を、当該通信条件および上記通信条件選択手段により選択された送信電力に基づいて送信するＯＦＤＭ信号送信手段とを備えること
を特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して施す時間軸ウィンドウイング処理の時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは送信帯域内における送信信号の電力スペクトラム密度（ＰＳＤ）の最大値に相当する帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやRF回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定のいずれか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め記憶されている送信電力パラメータテーブルと、
上記送信電力パラメータテーブルで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め記憶されているスループットパラメータテーブルと、
上記スループットパラメータテーブルに記憶されている調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択手段と、
上記通信条件選択手段により選択された通信条件における時間軸ウィンドウイング長に亘り時間軸ウィンドウイング処理が施されたＯＦＤＭ信号を、当該通信条件および上記通信条件選択手段により選択された送信電力に基づいて送信するＯＦＤＭ信号送信手段とを備えること
を特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項2】
上記送信電力上限値パラメータテーブルは、時間軸ウィンドウイング処理の種類、ＯＦＤＭ変調方式、任意のスペクトラムマスク規定、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、ＯＦＤＭ通信の規格のうち何れか１以上からなる条件項目からなる通信条件毎に記憶されていること
を特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
を特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項3】
上記スループットパラメータテーブルは、時間軸ウィンドウイング処理の種類、ＯＦＤＭ変調方式、チャネルの符号化の種別、符号化率、ガードインターバル長、ＯＦＤＭ通信の規格のうち何れか１以上からなる条件項目からなる通信条件毎に記憶されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
を特徴とする請求項１又は２記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項4】
上記通信条件選択手段は、上記スループットパラメータテーブルにおいて最大のスループットを達成できる通信条件を選択すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項5】
ＯＦＤＭ信号の冒頭に付加されるプリアンブルに対して設定した時間軸ウィンドウイングの種類、時間軸ウィンドウイング長、帯域制限フィルタの種類、帯域制限フィルタの応答のいずれか１以上を事前に受信装置側に通知する通知手段を備えること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載のＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項6】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送受信するＯＦＤＭ通信システムを設計するためのＯＦＤＭ通信システム設計プログラムにおいて、
上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定の何れか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め取得する送信電力パラメータ取得ステップと、
上記送信電力パラメータ取得ステップで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め取得するスループットパラメータ取得ステップと、
上記スループットパラメータ取得ステップで取得された調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択ステップと、
上記通信条件選択ステップにより選択した時間軸ウィンドウイング長及びその通信条件を解として出力する出力ステップと
をコンピュータに実行させるためのＯＦＤＭ通信システム設計プログラム。
上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定の何れか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め取得する送信電力パラメータ取得ステップと、
上記送信電力パラメータ取得ステップで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め取得するスループットパラメータ取得ステップと、
上記スループットパラメータ取得ステップで取得された調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択ステップと、
上記通信条件選択ステップにより選択した時間軸ウィンドウイング長及びその通信条件を解として出力する出力ステップと
をコンピュータに実行させるためのＯＦＤＭ通信システム設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置に関し、特にホワイトスペースなどの送信スペクトラム規定が厳しい運用周波数帯においてＯＦＤＭ無線通信を行う場合でも、帯域外輻射を効果的に抑制する上で好適なＯＦＤＭ信号送信装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年の爆発的な無線通信の需要増加に対し、無線通信に利用可能な周波数資源は逼迫しつつある。一方で特定の利用目的を持った一次利用者のために割り当てられている周波数において、空間的、時間的に使用されていない周波数資源が存在することが知られている。このような一次利用者が使用していない周波数資源はホワイトスペースと呼ばれている。特にテレビ放送帯におけるホワイトスペースは、ＴＶホワイトスペースと呼ばれており、米国、英国等を始めとする諸外国において当該周波数を利用するための法制度化の検討が始まり、具体的な標準化も進められている。わが国においても４７０〜７１０ＭＨｚ帯において、ＴＶブロードキャストが行われているが、当該帯域においても通信用途でのＴＶホワイトスペース利用が期待されている。
【0003】
このような一時的あるいは継続的に一次利用者が不使用状態にあるＴＶホワイトスペース又はホワイトスペースを二次利用者が有効活用できるように、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｆ、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｍ、ＩＥＥＥ８０２．２２等、様々な国際標準化規格化が進められている。これらの規格の多くでは、周波数利用効率が高く、マルチパスフェージングに対して強い耐性を示す直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式の導入が検討されている。このＯＦＤＭ方式では互いに直交するように並べられた多数のサブキャリアにデータがマッピングされ、そのデータ群を逆フーリエ変換することで時系列信号が導出され、無線送信用の送信シンボルが作成される。受信側では、そのようなシンボルをフーリエ変換することで送信されたデータ群が導出され、各サブキャリアに関連付けられた個々のデータを復元することで送信データが再現される。
【0004】
ところで、二次利用者がホワイトスペースを利用する場合、一次利用者の通信に影響を与えないことが重要となる。このため、米国ＦＣＣ（Federal Communications Commission、米連邦通信委員会）の送信スペクトラムマスク規定等、各国毎のスペクトラムマスクの規定に従う必要がある。このホワイトスペースにおける無線通信の送信スペクトラムマスク規定は、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ等の送信スペクトラムマスク規定よりも厳しいものとなっている。この厳しい送信スペクトラムマスクを満たすためには、送信側で厳しい帯域制限処理を行う必要がある。
【0005】
具体的には、送信スペクトラムマスクを満足するように、時間軸ウィンドウイング処理という手法を用いて波形成形を行うことにより、帯域外輻射を抑制する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。この時間軸ウィンドウイング処理は、時間軸において、各ＯＦＤＭシンボルの境目における不連続点をウィンドウイング処理によって平滑化することで帯域外輻射電力を抑制する。この時間軸ウィンドウイング処理は、基本的には乗算器一つで実装可能であることから回路規模の増大を防ぐことが可能となる。しかしながら、このような時間軸ウィンドウイング処理を用いる方法では、ウィンドウイング長（平滑化区間）を長くするほど、帯域外輻射抑圧性能が向上するものの、不必要に長いウィンドウイング長を適用すると、復調に必要な信号成分も削られてしまい、結果としてスループットが低下してしまうという問題点があった。
【0006】
また厳しい送信スペクトラムマスクを満たすために、フィルタ係数が高次数のディジタルローパスフィルタを用いる方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。しかし、この非特許文献２の開示技術は、実装上では時間軸での畳込み処理となるため、フィルタ係数が増大するほど回路規模が増大し、実装が困難になるという問題点があった。
【0007】
更にＦＣＣの規定に従って送信信号の電力を下げることにより送信スペクトラムマスクを満たす方法も提案されている。しかしながら、かかる方法では、送信信号電力そのものが小さくなってしまうため、ガバレッジが限定され、多様なサービスに対応することができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】"P802.11-REVmb/D12, Nov 2011- IEEE Draft Standard for IT- Telecommunications and Information Exchange Between Systems-LAN/MAN-Specific Requirements-Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications. "Mar.2012.
【非特許文献2】S. Y.Chang, "Spectra and bandwidth overhead with and without ltering for TG4m OFDM," Doc.:IEEE802.15-12-0377-00-004m, Jul. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特にホワイトスペースなどの送信スペクトラム規定が厳しい運用周波数帯においてＯＦＤＭ無線通信を行う場合でも、帯域外輻射を効果的に抑制する上で、時間軸ウィンドウイング処理と誤り訂正符号および送信電力制御とを併用することにより、与えられた環境の基で最大限のスループットを達成しつつ、任意のスペクトラムマスクを満足することができ、なおかつ回路構成を複雑化させること無く、不必要に送信信号電力の低減を行うことなく実現可能なＯＦＤＭ信号送信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項１記載のＯＦＤＭ信号送信装置は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置において、上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは送信帯域内における送信信号のＰＳＤの最大値に相当する帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやRF回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定のいずれか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め記憶されている送信電力パラメータテーブルと、上記送信電力パラメータテーブルで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め記憶されているスループットパラメータテーブルと、上記スループットパラメータテーブルに記憶されている調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択手段と、上記通信条件選択手段により選択された通信条件における時間軸ウィンドウイング長に亘り時間軸ウィンドウイング処理が施されたＯＦＤＭ信号を、当該通信条件および上記通信条件選択手段により選択された送信電力に基づいて送信するＯＦＤＭ信号送信手段とを備えることを特徴とする。
【0011】
請求項２記載のＯＦＤＭ信号送信装置は、請求項１記載の発明において、上記送信電力上限値パラメータテーブルは、時間軸ウィンドウイング処理の種類、ＯＦＤＭ変調方式、任意のスペクトラムマスク規定、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、ＯＦＤＭ通信の規格のうち何れか１以上からなる条件項目からなる通信条件毎に記憶されていることを特徴とする。
【0012】
請求項３記載のＯＦＤＭ信号送信装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記スループットパラメータテーブルは、時間軸ウィンドウイング処理の種類、ＯＦＤＭ変調方式、チャネルの符号化の種別、符号化率、ガードインターバル長、ＯＦＤＭ通信の規格のうち何れか１以上からなる条件項目からなる通信条件毎に記憶されていることを特徴とする。
【0013】
請求項４記載のＯＦＤＭ信号送信装置は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、上記通信条件選択手段は、上記スループットパラメータテーブルにおいて最大のスループットを達成できる通信条件を選択することを特徴とする。
【0014】
請求項５記載のＯＦＤＭ信号送信装置は、請求項１〜４のうち何れか１項記載の発明において、ＯＦＤＭ信号の冒頭に付加されるプリアンブルに対して設定した時間軸ウィンドウイングの種類、時間軸ウィンドウイング長、帯域制限フィルタの種類、帯域制限フィルタの応答のいずれか１以上を事前に受信装置側に通知する通知手段を備えることを特徴とする。
【0015】
請求項６記載のＯＦＤＭ通信システム設計プログラムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送受信するＯＦＤＭ通信システムを設計するためのＯＦＤＭ通信システム設計プログラムにおいて、上記ＯＦＤＭ信号を構成する時間軸のＯＦＤＭシンボル間の境界に対して時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤの関係が、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定の何れか１以上の環境として与えられる条件、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン毎に予め取得する送信電力パラメータ取得ステップと、上記送信電力パラメータ取得ステップで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、上記時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長の何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め取得するスループットパラメータ取得ステップと、上記スループットパラメータ取得ステップで取得された調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する通信条件選択ステップと、上記通信条件選択ステップにより選択した時間軸ウィンドウイング長及びその通信条件を解として出力する出力ステップとをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るＯＦＤＭ信号送信装置では、スループットパラメータテーブルに対して、時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係を通信条件毎に予め記憶させておく。そして、帯域外輻射の抑制条件を満たす時間軸ウィンドウイング長をスループットパラメータテーブルに記憶されているスループットとの関係において、上記条件項目を満たす通信条件の中から選択する。これらの動作を自動的に行うことが可能となる。このため、帯域外輻射を効果的に抑制する上で、時間軸ウィンドウイング処理と誤り訂正符号とを併用することにより、スループットを劣化させることなく任意のスペクトラムマスクを満足することができ、なおかつ回路構成を複雑化させること無く、不用意な送信信号電力の低減を行うことなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置が適用されるＯＦＤＭ通信システムのブロック構成図である。
【図2】ＯＦＤＭ信号送信装置において実際に送信すべきＯＦＤＭ信号を生成するためのフローチャートである。
【図3】本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置が適用されるＯＦＤＭ通信システムの動作を説明するための図である。
【図4】時間軸ウィンドウイング処理について説明するための図である。
【図5】時間軸ウィンドウイング処理後のＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の送信スペクトラムを示す図である。
【図6】ＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長に対する相対値帯域端部ＰＳＤの関係を示す図である。
【図7】ＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長（ＴTR）に対するスループットの関係を示す図である。
【図8】ＴＶホワイトスペースにおける二次利用者に対して絶対値で規定される送信スペクトラムマスクと電力制御を行った送信信号スペクトラムとの関係を示す図である。
【図9】ＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長に対する絶対値帯域内最大ＰＳＤおよび平均受信Ｅｂ／Ｎ０利得の関係を示す他の図である。
【図10】ＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長（ＴTR）に対する送信電力制御を考慮した際のスループットの関係を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための形態として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式の信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【0019】
図１は、本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置１が適用されるＯＦＤＭ通信システム１０のブロック構成を示している。ＯＦＤＭ通信システム１０では、このＯＦＤＭ信号送信装置１に加え、当該ＯＦＤＭ信号送信装置１から送信されたＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ信号受信装置２とを有している。
【0020】
ＯＦＤＭ信号送信装置１は、送信信号データが供給される変調・符号化処理部１１と、変調・符号化処理部１１に接続されたＯＦＤＭ信号生成部２０と、ＯＦＤＭ信号生成部２０に接続された時間軸ウィンドウイング処理部１２と、時間軸ウィンドウイング処理部１２に接続された帯域制限フィルタ１３と、パラメータテーブル格納部１７と、時間軸ウィンドウイング処理部１２、パラメータテーブル格納部１７に接続される通信条件選択部１９と、パラメータテーブル格納部１７に接続されている条件取得部１８とを備えている。
【0021】
また、このＯＦＤＭ信号送信装置１は、ＯＦＤＭ信号の同期用プリアンブル部分が供給される同期パラメータ設定部１５及び時間軸ウィンドウイング処理部１６と、これに接続される帯域制限フィルタ３１とを備え、さらに帯域制限フィルタ１３、３１に接続されるシンボル連結処理部１４とを備えている。
【0022】
また、このＯＦＤＭ信号送信装置１は、送信信号データ部分と同期用プリアンブル部分がシンボル連結されたＯＦＤＭ信号の送信電力を制御する、送信電力制御部３２とを備えている。この送信電力制御部３２は、変調・符号化処理部１１と、シンボル連結処理部１４とに接続されている。
【0023】
ＯＦＤＭ信号受信装置２は、ＯＦＤＭ信号送信装置１からＯＦＤＭ信号が送信されてくる同期検出部２１と、同期検出部２１に接続されるＯＦＤＭ復調部２２と、ＯＦＤＭ復調部２２に接続される復調・復号処理部２３とを備えている。
【0024】
変調・符号化処理部１１は、パラメータテーブル格納部１７に格納されているスループットパラメータテーブル、送信電力パラメータテーブルの情報を参照した上で、送信信号データについて、誤り訂正符号化及び変調を施す。この変調・符号化処理部１１は、符号化および変調を経て生成された送信信号データをＯＦＤＭ信号生成部２０へ出力する。
【0025】
ＯＦＤＭ信号生成部２０は、変調・符号化処理部１１から送信されてくる送信信号データに基づいてＯＦＤＭ信号を生成する。このＯＦＤＭ信号生成部２０は、ＯＦＤＭ信号の生成に必要なサブキャリアデータを生成する。ＯＦＤＭ信号生成部２０は、生成されたサブキャリアデータに対して逆フーリエ変換を行い、直交周波数分割多重化し、またガードインターバル（ＧＩ）を付加することで、ＯＦＤＭデータシンボルを生成する。ＯＦＤＭ信号生成部２０は、生成したＯＦＤＭ信号を時間軸ウィンドウイング処理部１２へと送信する。
【0026】
条件取得部１８は、このＯＦＤＭ信号送信装置１により、これから送信しようとするＯＦＤＭ信号において必須となる（通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定等の）環境として与えられる条件項目、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン項目を取得する。この条件項目は、通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定等の何れか１以上であってもよい。この取得の方法としては、直接手入力を行うようにしてもよいし、インターネット等の公衆通信網から取得するようにしてもよい。また、予めかかる条件が条件取得部１８において入力された状態となっていてもよい。条件取得部１８は、取得した条件項目に関する情報を通信条件選択部１９へ送信する。
【0027】
通信条件選択部１９は、パラメータテーブル格納部１７に記憶されている、通信条件毎の時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係の中から、何れか１の通信条件を選択する。通信条件選択部１９は、この通信条件の選択時において条件取得部１８において取得された必須の条件項目、および条件取得部１８において取得された必須の条件項目の基で、最大のスループットを達成できる通信条件を選択する。通信条件選択部１９は、選択した通信条件のうち、誤り訂正符号の種類、符号化率、変調方式の何れか１以上をＯＦＤＭ信号受信装置２側における復調・復号処理部２３へ送信する。また通信条件選択部１９は、選択した通信条件の時間軸ウィンドウイング長を時間軸ウィンドウイング処理部１２へ通知する。また通信条件選択部１９は、選択した通信条件のうち、送信電力値を送信電力制御部３２へ通知する。
【0028】
時間軸ウィンドウイング処理部１２は、ＯＦＤＭ信号生成部２０から送信されてくるＯＦＤＭ信号について、通信条件選択部１９において選択された通信条件に応じた時間軸ウィンドウイング長で時間軸ウィンドウイング処理を施す。この時間軸ウィンドウイング処理部１２において実行される時間軸ウィンドウイング処理の詳細は、後段において詳述する。時間軸ウィンドウイング処理部１２は、このウィンドウイング処理したＯＦＤＭ信号を帯域制限フィルタ１３へ出力する。
【0029】
帯域制限フィルタ１３は、時間軸ウィンドウイング処理部１２からのＯＦＤＭ信号を構成するＯＦＤＭシンボルに帯域制限フィルタなどの送信ディジタルフィルタ処理を施す。
【0030】
送信電力パラメータテーブルは、（通信システムの規格、ディジタル帯域制限フィルタやＲＦ回路の特性を含むハードウェア性能、および任意のスペクトラムマスク規定等の何れか１以上）環境として与えられる条件項目、および要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージン項目という条件の基で、時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する最大送信電力もしくは送信帯域内における送信信号のＰＳＤの最大値に相当する帯域内最大送信ＰＳＤの関係が条件項目毎に予め記憶されているハードディスク、メモリ等、もしくは上記関係を算出できるプログラムである。
【0031】
スループットパラメータテーブルは、パラメータテーブル格納部１７から与えられる最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤの基で、時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が通信条件毎に予め記憶されているハードディスク、メモリ等、もしくは上記関係を算出できるプログラムである。
【0032】
時間軸ウィンドウイング処理部１６は、ＯＦＤＭ信号を構成するプリアンブル部分に対して任意の時間軸ウィンドウイング処理を施す。ちなみに、時間軸ウィンドウイング処理部１６は、このような時間軸ウィンドウイング処理を行う代わりに、例えばプリアンブル部分のみ対して帯域制限フィルタを通過させるようにしてもよい。時間軸ウィンドウイング処理部１６は、このような処理を施したＯＦＤＭ信号のプリアンブル部分のデータシンボルをシンボル連結処理部１４へと送信する。また、時間軸ウィンドウイング処理部１６は、プリアンブル部に対して実行した時間軸ウィンドウイング処理における時間軸ウィンドウイング長や、帯域制限フィルタに関する情報を同期パラメータ設定部１５へ通知する。
【0033】
同期パラメータ設定部１５は、ＯＦＤＭ信号のプリアンブル部分に付される、同期を取るためのパラメータを抽出する。この同期パラメータ設定部１５は、時間軸ウィンドウイング処理部１６から通知された時間軸ウィンドウイング長や、帯域制限フィルタに関する情報を抽出する。同期パラメータ設定部１５は、これら同期を取るためのパラメータや時間軸ウィンドウイング長や、帯域制限フィルタに関する情報をＯＦＤＭ信号受信装置２における同期検出部２１へ報知する。この報知の方法としては、例えば無線信号を送信するようにしてもよい。
【0034】
また時間軸ウィンドウイング長や、帯域制限フィルタに関する情報は、同期パラメータ設定部１５において抽出したものをＯＦＤＭ信号受信装置２側に報知する以外に、例えばＯＦＤＭ信号送信装置１側において設定するこれらの情報を、ＯＦＤＭ信号受信装置２側において予め設定しておくようにしてもよい。これにより情報を報知することなく、ＯＦＤＭ信号送信装置１側で設定したプリアンブル部分に関する情報を予めＯＦＤＭ信号受信装置２側において持たせることが可能となる。
【0035】
帯域制限フィルタ３１は、時間軸ウィンドウイング処理部１６からのＯＦＤＭ信号を構成するプリアンブル部分に帯域制限フィルタなどの送信ディジタルフィルタ処理を施す。
【0036】
シンボル連結処理部１４は、帯域制限フィルタ１３から出力されてくるＯＦＤＭ信号の実データ部分と、帯域制限フィルタ３１から出力されてくる、ＯＦＤＭ信号のプリアンブル部分とを互いに連結処理する。
【0037】
送信電力制御部は、シンボル連結処理部１４から出力されてくるＯＦＤＭ信号の送信電力を、通信条件選択部１９において選択された送信電力値に基づいて制御する。送信電力制御部は、この送信電力制御されたＯＦＤＭ信号を、無線送信する。
【0038】
なおＯＦＤＭ信号送信装置１は、上述した構成以外にも、ＯＦＤＭ信号の送信に必要な図示しない一般的な回路、ブロックを備えている。
【0039】
ＯＦＤＭ信号受信装置２は、送信電力制御部３２から送信されてくるＯＦＤＭ信号を受信し、同期を取るための処理を行う。このとき同期検出部２１には、同期パラメータ設定部１５から同期を取るためのパラメータが報知されるため、これに基づいて同期を取ることが可能となる。また同期検出部２１には、同期パラメータ設定部１５から、プリアンブル部分における時間軸ウィンドウイング長や、帯域制限フィルタに関する情報が通知されている場合には、同期をとる上でこれらの情報を参照する。またプリアンブル部分について、その通知されている時間軸ウィンドウイング長に基づいて復調等も行うことが可能となる。
【0040】
ＯＦＤＭ復調部２２は、同期検出部２１で検知された同期情報に基づき、フレーム同期および周波数同期、ＧＩ除去を行い、フーリエ変換によりサブキャリア信号に変換する。このサブキャリア信号に伝送路等化を施し、復調・復号処理部２３へ送信する。
【0041】
復調・復号処理部２３は、伝送路等化されたサブキャリア信号について復調および誤り訂正復号処理を行う。なお、復調・復号処理部２３は、例えばＢＰＳＫやＱＰＳＫ等、他のいかなる変調方式であってもよいし、ブロック畳込み符号化等、他のいかなる符号化方式であってもよい。この復調・復号処理部２３は、通信条件選択部１９において選択された通信条件に基づいて復調、復号を行う。復調・復号処理部２３による復調、復号処理を経て、受信信号データが得られる。
【0042】
なおＯＦＤＭ信号受信装置２は、上述した構成以外にも、ＯＦＤＭ信号の受信に必要な図示しない一般的な回路、ブロックを備えている。
【0043】
次に、本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置１の動作について説明をする。本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置１では、例えば一時的あるいは継続的に一次利用者が不使用状態にあるＴＶホワイトスペース又はホワイトスペースを二次利用者が有効活用するための、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｍ、ＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ、ＩＥＥＥ８０２．２２／２２ｂ等の規格に基づいてＯＦＤＭ信号を送信する。但し、このＯＦＤＭ信号送信装置１は、このようなホワイトスペースを二次利用者が利用する場合に限定されるものではなく、それ以外の通常のＯＦＤＭ通信においても適用可能であることは勿論である。
【0044】
図２は、ＯＦＤＭ信号送信装置１において実際に送信すべきＯＦＤＭ信号を生成するためのフローチャートを示している。このＯＦＤＭの生成フローは、大きく分類してステップＳ１１〜Ｓ１４までの周波数領域と、ステップＳ１４〜Ｓ１９に至るまでの時間領域に分けられる。また、図３は、本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置１の動作について説明するためのフロー図である。
【0045】
先ずステップＳ１１において、送信信号データについて直−並列変換を行った後、ステップＳ１２においてチャネルコーディングを行う。このチャネルコーディングは、主として変調・符号化処理部１１において行われる誤り訂正のチャネル符号化処理に相当する。次にステップＳ１３へ移行して、入力されたデータ系列に対して畳み込みインタリーブ処理等を行う。次にステップＳ１４へ移行し、ＯＦＤＭシンボル単位で一括して逆フーリエ変換し、時間領域のベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成する。即ち、ステップＳ１４において周波数領域から時間領域へシフトすることとなる。ちなみに、このステップＳ１３、Ｓ１４の処理は、それぞれＯＦＤＭ信号生成部２０において行われる。
【0046】
次にステップＳ１５へ移行し、並−直列変換を行った後、ステップＳ１６へ移行してＯＦＤＭ信号に対しガードインターバルを付加する。これにより、マルチパスフェージングに耐性を持たせることが可能となる。
【0047】
次にステップＳ１７へ移行し、時間軸ウィンドウイング処理部１２によりシンボル間の不連続性を低減するための時間軸ウィンドウイング処理を施す。次にステップＳ１８において、時間軸ウィンドウイング処理が行われたＯＦＤＭ信号について、帯域制限フィルタ１３によるフィルタリング処理を行い、最後にディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換処理を行う（ステップＳ１９）。
【0048】
図４は、ステップＳ１６について行う時間軸ウィンドウイング処理について説明するための図である。横軸を時間軸としたとき、この時間軸のＯＦＤＭ信号は、図４（ａ）に示すように、ステップＳ１６において付された期間ＴGからなるガードインターバルと、ＯＦＤＭ信号に相当する期間ＴFのシンボルとから構成される。またガードインターバルも含めたＯＦＤＭのシンボル長をＴｓとする。このガードインターバルの期間ＴGを中心とした時間帯は、ＯＦＤＭ信号における後半のシンボルをコピーすることで構成される。
【0049】
ところで、このＯＦＤＭ信号は、あくまでそのシンボル内では連続信号として構成されるものの、シンボル間の境界は、不連続点が生じる。この不連続点には、多くの周波数成分が含まれるため、帯域外において不要な輻射成分を発生させる。そこでシンボル間の境界に生じる不連続点に対して時間軸ウィンドウイング処理を施すことにより、信号波形を平滑化し、不要な帯域外輻射を抑圧することをステップＳ１６において行う。
【0050】
この時間軸ウィンドウイング関数を導入した第ｍシンボルのＯＦＤＭ時間軸送信信号；ｘm（ｔ）を以下の（１）式に示す。
【0051】
【数1】
【0052】
ここでＸnmは第ｍシンボルのｎ番目のサブキャリア信号、Δｆ＝ｆｓ／Ｎはサブキャリア間隔（Ｆｓはサンプリング周波数、Ｎは全サブキャリア数）、Ｌはオーバーサンプリングの倍数である。
【0053】
またｗ（ｔ）は、シンボル端における不連続点を平滑化するための時間軸ウィンドウイング関数である。このｗ（ｔ）は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ/ｇ/ｎ等で一般的に用いられる時間軸ウィンドウイング関数として、以下の（２）式に示すレイズドコサインウィンドウ等で具体化される。ちなみにＴTRはウィンドウイング長である。
【0054】
【数2】
【0055】
このようなウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）を図４（ｂ）の時間軸にも反映させている。ＯＦＤＭシンボル間の境界において、ウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）が曲線状に傾斜しているのが示されている。ＯＦＤＭ信号に対してこのようなウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）を乗じた状態を図４（ｃ）に示す。このようなウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）が乗じられた、隣接する他の第ｍ−１シンボル及び第ｍ＋１シンボルのＯＦＤＭ信号と組み合わせた状態を図４（ｄ）に示す。
【0056】
この図４における時間軸ウィンドウイング長は、実際に上述したウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）に基づいてウィンドウイングを施す時間に相当するものである。この時間軸ウィンドウイング長が長いほどウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）によりウィンドウイングが施される時間帯が長くなる。そしてウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）の形状は、傾斜がその分緩やかになる。これに対して、時間軸ウィンドウイング長が短いほどウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）によりウィンドウイングが施される時間帯が短くなり、ウィンドウイング関数；ｗ（ｔ）の形状は、傾斜がその分急峻になる。
【0057】
図５は、時間軸ウィンドウイング処理後のＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の、送信スペクトラムを示している。横軸を中心周波数からの偏差とし、縦軸を最大値からの相対値量で規定されるＰＳＤ、以下、相対値ＰＳＤ（ｄＢｒ/１００ｋＨｚ）を示している。
【0058】
図５に示すように、ウィンドウイング長；ＴTRが長くなるにつれてスペクトラムマスクに対する帯域外輻射が小さくなることが分かる。時間軸ウィンドウイング処理を全く施さない場合（ＴTR＝０μｓ）の場合には、帯域外においてスペクトラムマスクを超える周波数成分が非常に大きいのに対して、時間軸ウィンドウイング処理をある程度施した場合（ＴTR＝１．５μｓ）には、ＯＦＤＭ信号の帯域外の輻射電力が抑圧される。更にこの時間軸ウィンドウイング長を長くすると（ＴTR＝６．０μｓ）、ＯＦＤＭ信号の帯域外の輻射電力が更に抑圧される。この図５の例では、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRを６．０μｓとした場合に、スペクトラムマスクを満足することが可能となる上、要求されるスペクトラムマスク規定に対する１０ｄＢ以上の設計マージンを確保出来ることが示されている。
【0059】
特にホワイトスペースにおける二次利用者の無線通信においては、一次利用者への干渉を防ぐために、送信スペクトラムマスクの条件も厳しいものとなるが、かかる条件を満足するような時間軸ウィンドウイング長を探索することとなる。
【0060】
図６は、ＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長；ＴTRに対する、帯域端部における相対値ＰＳＤ、以下、相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoob（ｄＢｒ/１００ｋＨｚ）、およびスペクトラムマスクに対するマージン；Ｐm（ｄＢ）の関係を示している。時間軸ウィンドウイング長；ＴTRを長くするにつれて、相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoobが低下し、スペクトラムマスクに対するマージン；Ｐmが増加していく傾向が示されている。このため、一見すれば、この時間軸ウィンドウイング長ＴTRを長くするほど、帯域外に輻射してしまう電力を効果的に抑制することが可能となることが示されている。
【0061】
一方、図７は、ＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の時間軸ウィンドウイング長（ＴTR）に対するスループットの関係を示している。ちなみに、この図７に示される傾向は、変調方式が１６ＱＡＭであり、ブロック畳込み符号化及び軟判定ビタビ符号化とした場合における一例である。この図７に示すようにブロック畳込み符号化を行わない場合には、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRがガードインターバル長；ＴGを超えた場合にはスループットが急激に低下する。その理由としては、ガードインターバルを超えるＯＦＤＭシンボルが、この時間軸ウィンドウイング処理により、復調に必要な時間軸信号が削られるため、復元が困難になるため、その分スループットが低くなってしまうためである。
【0062】
しかしながら、ブロック畳込み符号化を行った場合、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRがガードインターバル長；ＴGを超える場合であっても、符号化率を変えることにより、スループットの劣化に対する耐性を強くすることが可能となる。例えば符号化率を５/６とした場合、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが１５μｓ以内においてスループットが低下することなくほぼ一定であるのに対して、これが１５μｓを超えると急激にスループットの劣化が始まる。同様に、符号化率を３/４とした場合、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが１６μｓ以内においてスループットが低下することなくほぼ一定であるのに対して、これが１６μｓを超えると急激にスループットの劣化が始まる。以下、符号化率を下げるに従い、スループットの劣化が始まる時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが長くなることが分かる。一方、符号化率が下がるにつれて、最大スループット自体は低下するが、多少送信時間が長くなっても、厳しいスペクトラムマスクにおける帯域外輻射の条件を満たすことができ、かつスループットの劣化を防ぐことでより確実な信号の復調が可能となる。
【0063】
このように本発明では、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRがガードインターバル長；ＴGを超える場合であっても、符号化率を変えることにより、スループットの劣化に対する耐性を強くすることが可能となる事を示している。但し、基本的には時間軸ウィンドウイング処理による帯域外輻射電力抑圧性能、すなわち相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoobと、スループットとの間にはトレード・オフの関係があるため、より効率的なシステム設計のためには時間軸ウィンドウイング処理による帯域外輻射電力抑圧性能（相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoob）と、スループットとの関係を紐付ける必要がある。
【0064】
ところで、例えばＦＣＣのＴＶホワイトスペースにおける二次利用者に対する送信スペクトラムマスク規定は表１に示す通り、デバイスの種類に応じて、帯域内送信電力上限値（ｄＢｍ／６ＭＨｚ）、帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmask（ｄＢｍ／１００ｋＨｚ）、帯域外送信ＰＳＤ上限値；Ｐedgemask（ｄＢｍ／１００ｋＨｚ）が全て絶対値で規定されている。
【0065】
【表1】
【0066】
例えば、ＦＣＣの可搬型デバイス２用スペクトラムマスク規定では、帯域内送信電力上限値は３０ｄＢｍ／６ＭＨｚ、帯域内送信ＰＳＤ上限値はＰtxmask＝２．６ｄＢｍ／１００ｋＨｚ、帯域外送信ＰＳＤ上限値はＰedgemask＝−５２．８ｄＢｍ／１００ｋＨｚとされている。
【0067】
したがって、実際に送信するＯＦＤＭ信号の、絶対値で規定される帯域内の最大送信ＰＳＤ、以下、絶対値帯域内最大ＰＳＤをＰtxmax（ｄＢｍ/１００ｋＨｚ）、絶対値で規定される帯域端部の送信ＰＳＤ、以下、絶対値帯域端部ＰＳＤをＰedge（ｄＢｍ/１００ｋＨｚ）とすると、例えば、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxを設定し得る上限値である帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmaskに設定したとき、ある時間軸ウィンドウイング長；ＴTRによる時間軸ウィンドウイング処理における相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoobでは、要求される送信スペクトラムマスク規定における帯域外送信ＰＳＤ上限値；Ｐedgemaskと、この要求される送信スペクトラムマスクに対する設計マージン；ＰmR（ｄＢ）とにより決定される、帯域端部において満たすべき絶対値で規定される設計最大ＰＳＤ、以下、絶対値帯域端部最大ＰＳＤ；Ｐedgemax＝Ｐedgemask−ＰmR（ｄＢｍ/１００ｋＨｚ）を満足できない場合、すなわちＰedge＝Ｐtxmax＋Ｐoob＞Ｐedgemaxとなってしまう場合、送信信号全体の電力を低減することでもこれを満たすことができる。
【0068】
図８は、ＦＣＣのＴＶホワイトスペースにおける二次利用者（可搬型デバイス２）に対して絶対値で規定される送信スペクトラムマスクと、時間軸ウィンドウイング処理後のＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号の、送信信号スペクトラムを示している。横軸を中心周波数からの偏差とし、縦軸は絶対値で定義されるＰＳＤ、以下、絶対値ＰＳＤ（ｄＢｍ／１００ｋＨｚ）を示している。
【0069】
例えば設計マージンをＰmR＝１０ｄＢとすると、帯域内において、Ｐtxmask＝２．６ｄＢｍ／１００ｋＨｚ以下となるＰtxmaxと、帯域端部において、Ｐedgemax＝Ｐedgemask−ＰmR＝−５２．８−１０＝−６２．８ｄＢｍ／１００ｋＨｚ以下となるＰedge、とを併せ持つＯＦＤＭ信号を生成する必要がある。
【0070】
時間軸ウィンドウイング処理を行わない場合、つまり時間軸ウィンドウイング長；ＴTR＝０ｕｓの場合、相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoobは約−２５ｄＢｒ／１００ｋＨｚである。したがって、ＦＣＣの可搬型デバイス２用スペクトラムマスク規定が定める帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmask＝２．６ｄＢｍ／１００ｋＨｚをＯＦＤＭ信号の絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxとしてしまうと、絶対値帯域端部ＰＳＤは、Ｐedge＝Ｐtxmask＋Ｐoob＝２．６−２５＝−２２．４ｄＢｍ／１００ｋＨｚとなり、帯域端部において、Ｐedgemax＝−６２．８ｄＢｍ／１００ｋＨｚを４０．４ｄＢ超過してしまう。したがってこのような場合、送信電力全体を４０．４ｄＢ低減することで、要求条件を達成する事ができるが、送信電力全体を４０．４ｄＢ低減するということは、すなわち受信側におけるビットエネルギー対雑音電力密度比；Ｅｂ／Ｎ０（ｄＢ）も４０．４ｄＢ低減してしまう事を示しており、大幅な受信品質の劣化を引き起こしてしまう。
【0071】
一方で、時間軸ウィンドウイング処理を行った場合、例えば時間軸ウィンドウイング長；ＴTR＝６．０ｕｓの場合、相対値帯域端部ＰＳＤ；Ｐoobは約３９ｄＢｒ／１００ｋＨｚである。つまり時間軸ウィンドウイング長ＴTR＝０ｕｓの場合に比べて１４ｄＢｒ／１００ｋＨｚ程帯域外輻射を抑圧する。したがって、時間軸ウィンドウイング長；ＴTR＝０ｕｓの場合に比べて１４ｄＢ送信電力を大きくしても差し支えなく、送信電力全体の低減を４０．４−１４＝２６．４ｄＢに抑える事ができる。
【0072】
このように本発明によれば（３）式のように、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxは、スペクトラムマスク規定で与えられる帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmaskと、スペクトラムマスク規定と設計マージン、および時間軸ウィンドウイング長；ＴTRによって制御される値である、Ｐedgemask−ＰmR−Ｐoob（ｄＢｍ／１００ｋＨｚ）との、いずれか小さい値が選択され決定される。
【0073】
【数3】
【0074】
図９は、ＦＣＣのＴＶホワイトスペースにおける二次利用者（可搬型デバイス）用送信スペクトラムマスク規定、および各設計マージンをＰmR＝０，１０，２０，３０，４０［ｄＢ］としたときに、時間軸ウィンドウイング処理にレイズドコサイン関数を用いたＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ規格に基づいたＯＦＤＭ信号に対して、上記で説明した手順により得られる、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRと絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxとの関係（左の縦軸）、およびこの絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxに伴い決定される受信Ｅｂ／Ｎ０利得；Γ（ｄＢ）（右の縦軸）との関係を示した、本発明による電力パラメータテーブルの一例である。
【0075】
ここでは、受信側における平均Ｅｂ／Ｎ０；γ（ｄＢ）を式（４）に示す通り、時間軸ウィンドウイング処理を用いない場合（時間軸ウィンドウイング長；ＴTR＝０μｓ）、且つ、設計マージンなし（ＰmR＝０ｄＢ）の場合において信号が送信されたときの平均受信Ｅｂ／Ｎ０；γ0（ｄＢ）と、図９によって決定される受信Ｅｂ／Ｎ０利得；Γとの和で定義している。
【0076】
【数4】
【0077】
時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが小さい時には、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxは、スペクトラムマスク規定を満たす様に、帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmask以下に抑えられている。時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが大きくなるにつれて、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxは増加する。時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが十分大きい時には、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxは帯域内送信ＰＳＤ上限値；Ｐtxmaskに等しくなる。
【0078】
また、絶対値帯域内最大ＰＳＤ；Ｐtxmaxの増加に伴い、受信Ｅｂ／Ｎ０利得；Γもそれに対応して増加する。すなわち、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRを大きくすることで、受信側における信号の電力強度を改善する事ができることを示している。
【0079】
一方で、前述の通り、大きな時間軸ウィンドウイング長；ＴTRはスループットの低下を招く。図１０は図９で示した時間軸ウィンドウイング長；ＴTRに応じた送信電力制御、およびそれに伴う平均受信Ｅｂ／Ｎ０の増減を考慮して、図７の時間軸ウィンドウイング長；ＴTRに対するスループット；Ｒとの関係を計算し直した、γ0＝０ｄＢ、ＰmR＝０ｄＢの場合の本発明によるスループットパラメータテーブルの一例である。
【0080】
図１０のスループットパラメータテーブルでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｆ規格における必須な変調符号化率の組み合わせである、ＭＣＳ０〜７（表２に詳細を記載）までについて示している。時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが小さい時、送信電力が抑えられ、平均受信Ｅｂ／Ｎ０が劣化するため、結果としてスループット；Ｒが大幅に劣化する。しかし、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRがある程度大きくなると、帯域外の不要な輻射電力が抑えられ、送信電力をスペクトラムマスク規定の範囲内、および帯域端部において要求される条件を満たす範囲で増加させても差し支えなくなる。そのためスループット；Ｒが増加する。しかし、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRを必要以上に増大させると、受信側で復調・復号に必要な信号成分が削り取られ、結果としてスループット；Ｒが劣化する。
【0081】
【表2】
【0082】
例えば、ＭＣＳ番号が４の場合は、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが０μｓ〜２．２５μｓおよび１５．０μｓ以上においてスループット；Ｒが劣化するが、時間軸ウィンドウイング長；ＴTRが２．２５μｓ〜１５．０μｓの範囲においてはスループット；Ｒは劣化しない。
【0083】
したがって、本発明によれば、この送信電力制御を考慮したスループットテーブルにより、最大のスループットを達成し得る、最適な時間軸ウィンドウイング長；ＴTRoptを選択すべきである。最適な時間軸ウィンドウイング長；ＴTRoptと成り得る値に範囲がある場合は、出来るだけ多くのＭＣＳにおいてその最大スループットを達成できる値に設定するべきである。
【0084】
例えば、図１０においては、時間軸ウィンドウイング長；ＴTR＝３．７５μｓにおいて全てのＭＣＳでそれぞれ最大スループットを得られる事が分かる。したがってこのような場合、最適な時間軸ウィンドウイング長；ＴTRoptとしてこのＴTR＝３．７５μｓを選択するべきである。
【0085】
最適な時間軸ウィンドウイング長；ＴTRoptが決定されると、図９に示す送信電力パラメータテーブルより、自動的に送信信号電力制御値が決定される。例えばＴTRopt＝３．７５μｓが選択された場合、図９よりその時の絶対値帯域内最大ＰＳＤはＰtxmaxは２．６ｄＢｍ／１００ｋＨｚとして決定される。
【0086】
与えられた環境および設計条件によって、最適な時間軸ウィンドウイング長と送信電力制御値がひとたび決定されると、後は通常行われる適応変調と同様に、無線通信環境に応じて変化する受信信号レベルに従って変調方式や符号化率（ＭＣＳ）等が決定される。
【0087】
このように、本発明によれば、最適なウィンドウイング長および送信電力制御を行う事で、与えられた環境、および設計条件を満たしつつ、達成し得る最大のスループットの獲得を可能とする。
【0088】
上述した実施の形態は、説明の簡略化ためにある特定の条件項目に着目したが、本条件項目を他の値、システム等に置き換えてもこれらの類似の傾向が現れる。
【0089】
表３は、条件項目の一例を示すリストである。条件項目１は、スペクトラムマスク規定に関するものである。条件項目２は、使用するシステムに関するものである。条件項目３はガードインターバルの長さＴGに関するものであり、例えばＯＦＤＭシンボル長の比率等から構成されるものである。また条件項目４は、誤り訂正符号化に関するものであり、ブロック畳込み符号化、ＬＤＰＣ符号化等がある。条件項目５は、誤り訂正復号に関するものであり、硬判定ビタビ復号、軟判定ビタビ復号等がある。条件項目６は、符号化率に関するものである。また条件項目７は、時間軸ウィンドウイング処理の種類に関するものであり、レイズドコサインとするか、直線状とするか、・・・等がある。また、条件項目８は、変調方式に関するものであり、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ等がある。
【0090】
なお、これら条件項目は、上述した図１、３に示すように、環境として与えられる項目（例えば条件項目１〜３）と、システムを最適化するために可変とされた項目（例えば条件項目４〜８）とに分類することができる。
【0091】
【表3】
【0092】
なお、条件項目は、表１の全ての条件項目が必須ではなく、少なくともシステム（ＯＦＤＭ通信の規格）、ガードインターバル長、誤り訂正符号化の種別、誤り訂正復号の種別、符号化率、時間軸ウィンドウイング処理の種類、変調方式のうち何れか１以上からなるものであればよい。また条件項目は、表１に示される条件項目に限定されるものではなく、他のいかなる通信項目が何種類に亘って加わっていてもよい。
【0093】
これら各条件項目のうち一つずつ項目を選択することにより一つの通信条件が確定することとなる。例えば、上述した図１０のＭＣＳ番号３の例では、条件項目１のスペクトラムマスク規定は、ＦＣＣ可搬型２、条件項目２のシステムは、ＩＥＥＥ８０２．１１．ａｆ、条件項目３のガードインターバルの長さは、１／４、条件項目４の誤り訂正符号化はブロック畳込み符号化、条件項目５の誤り訂正復号は軟判定ビタビ復号、条件項目６の符号化率は１／２、条件項目７のウィンドウイングの種類はレイズドコサイン、条件項目８の変調方式は、１６ＱＡＭがそれぞれ選択されて一つの通信条件が形成されることとなる。他の通信条件についても、それぞれ条件項目１〜８からそれぞれ一つずつ選択されることで構成されることとなる。このため、通信条件は、条件項目１〜７におけるそれぞれの項目数に応じて、数百、数千通りにもなり得る。
【0094】
また、それぞれ条件項目１〜６からそれぞれ一つずつ選択された一の通信条件毎に、図９、図１０に示すような時間軸ウィンドウイング長ＴTRに対する調整可能な最大送信電力の範囲、およびスループットの関係が一つずつ得られることとなる。本発明においては、通信条件毎に、この時間軸ウィンドウイング長ＴTRに対する調整可能な最大送信電力の範囲の関係を、送信電力パラメータテーブルに、時間軸ウィンドウイング長ＴTRに対するスループットの関係を、スループットパラメータテーブルにそれぞれ記憶させておく。
【0095】
通信条件選択部１９は、このパラメータテーブル格納部１７にアクセスし、これに記憶されている時間軸ウィンドウイング長ＴTRに対するスループットの関係に基づいて通信条件の選択を行う。通信条件選択部１９は、この通信条件の選択を行う上で、今回送信しようとするＯＦＤＭ信号に求められる帯域外輻射の抑制条件を取得する必要がある。帯域外輻射の抑制条件は、条件取得部１８を介して取得する。通信条件選択部１９は、取得した帯域外輻射の抑制条件に基づいて、これを満たすような通信条件を選択することとなる。表４は、通信条件選択部１９により、各条件項目１〜８について塗りつぶされた項目からなる通信条件が選択された例を示している。条件項目１〜６についてそれぞれ一つずつ条件が選択されているのが示されている。
【0096】
【表4】
【0097】
このとき通信条件選択部１９は、通信条件選択部１９を介して、上述した帯域外輻射の抑制条件に加え、ＯＦＤＭ信号送信装置１により送信すべきＯＦＤＭ信号において必須となる条件項目をも予め取得するようにしてもよい。
【0098】
表５は、ＯＦＤＭ信号送信装置１により送信すべきＯＦＤＭ信号において必須となる条件項目を取得した結果を示している。表中の太枠で囲まれた太字の部分が、必須となる条件項目を示している。条件項目１としてＦＣＣ可搬型１、条件項目２としてＩＥＥＥ８０２．１５．４ｍ、条件項目３として１／４、条件項目４についてブロック畳込み符号化、条件項目５について硬判定ビタビ復号、条件７として直線状が、今回送信するＯＦＤＭ信号において必須となる条件項目であるものとする。かかる場合には、これら必須となる条件項目を満たした上で、更に未確定の条件項目６、８を選択することが通信条件選択部１９により行われることとなる。
【0099】
【表5】
【0100】
通信条件選択部１９は、パラメータテーブル格納部１７にアクセスし、このような必須の条件項目１〜５、７を満たす調整可能な送信電力および時間軸ウィンドウイング長ＴTRの範囲に対するスループットの関係を識別する。この識別した調整可能な送信電力および時間軸ウィンドウイング長ＴTRの範囲に対するスループットの関係から、取得した帯域外輻射の抑制条件にも適合する通信項目６、８を選択することとなる。かかる通信項目６、８の選択におけるコンセプトは、上述と同様に図９および１０に示すような時間軸ウィンドウイング長ＴTRの範囲に対する調整可能な送信電力およびスループットの関係から、帯域外輻射の抑制条件を満たす符号化率、変調方式等を選択し、通信項目６、８、および最適な送信電力および時間軸ウィンドウイング長ＴTRを決定していくこととなる。
【0101】
ちなみに、上述した例では、条件項目１〜５、７が予め確定している場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではなく、条件項目６、８が予め決定している場合には、それを満たすような他の条件項目を、上述と同様にパラメータテーブル格納部１７にアクセスすることにより決定していくこととなる。
【0102】
最終的に、条件項目１〜８毎に一つずつ具体的な項目が選択されて一つの通信条件が確定することとなる。通信条件選択部１９は、この確定した通信条件を時間軸ウィンドウイング処理部１２へ通知する。時間軸ウィンドウイング処理部１２は、この通知された通信条件に基づいて時間軸ウィンドウイング処理を施す。これにより、送信すべきＯＦＤＭ信号は、帯域外輻射の抑制条件を満たすような時間軸ウィンドウイング処理が施され、なおかつスループットの劣化も防止できるような通信条件で構成されることとなる。
【0103】
なお通信条件選択部１９は、選択した通信条件をＯＦＤＭ信号受信装置における誤り復調・復号処理部２３へも通知する。復調・復号処理部２３は、受信したＯＦＤＭ信号について、通知された通信条件に基づいて復号化することが可能となる。
【0104】
このように本発明を適用したＯＦＤＭ信号送信装置１は、パラメータテーブルで決定された最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤを考慮した、時間軸ウィンドウイング長に対するスループットの関係が、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、ガードインターバル長、最大送信電力もしくは帯域内最大送信ＰＳＤの何れか１以上の調整可能な通信条件毎に予め記憶されている。そして、帯域外輻射の抑制条件を満たす送信電力および時間軸ウィンドウイング長をパラメータテーブル格納部１７に記憶されているスループットとの関係において、上記条件項目を満たす通信条件の中から選択する。詳細には、スループットパラメータテーブル、送信電力パラメータテーブルに記憶されている調整可能な通信条件とスループットとの関係において、上記環境として与えられる条件および上記要求されるスペクトラムマスク規定に対する設計マージンの基でスループットを最大とする、時間軸ウィンドウイング長、誤り訂正符号およびその符号化率、変調方式（変調多値数）、送信電力の何れか１以上を選択する。これらの動作を自動的に行うことが可能となることから、ＯＦＤＭ通信システム１０を構築する際に、条件取得部１８を介した条件入力を行うことで自動的に、帯域外輻射の抑制条件を満たし、なおかつスループットの劣化も防止できる最適な通信条件を選択することが可能となる。
【0105】
これらのプロセスは、図３に示すような手順で実行される。先ず条件取得として、通信システム規格、帯域制限フィルタの種類及びそのフィルタ係数、ＲＦ回路の性能、スペクトラムマスク規定の何れか１以上の条件取得を行う。
【0106】
次にスループットパラメータテーブル内には、自由調整なパラメータ群として、ウィンドウイング関数、及びそのウィンドウイング長、送信電力、変調多値数、誤り訂正符号及びその符号化率が記憶され、送信電力パラメータテーブルには、ウィンドウイング関数、及びそのウィンドウイング長、最大送信電力（最大ＰＳＤ）が記憶され、この最大ＰＳＤに調整可能な送信電力の範囲が支配される。これらのパラメータテーブルに記憶される情報及び取得した条件から、スループットを算出し、これに基づいて通信条件を選択する。この選択は、スループットを最大にする最適な調整パラメータの組み合わせ（ウィンドウイング関数、及びそのウィンドウイング長、変調多値数、誤り訂正符号及びその符号化率、送信電力）を決定することに他ならない。
【0107】
また、一度設置したＯＦＤＭ通信システム１０において、送信すべきＯＦＤＭ信号において必須となる条件項目に変更が生じた場合には、当該条件項目を条件取得部１８を介して取得することにより、自動的な最適な通信条件を選択することが可能となる。
【0108】
特に本発明によれば、回路構成を複雑化させること無く、不要な送信信号電力の低減を行うことなく実現できることから、極めて安価で、しかも普及性にも優れた構成とすることが可能となる。
【0109】
更に本発明によれば、例えば米国ＦＣＣで定められている規定をはじめとする、様々な厳しい送信スペクトラムマスク規定に対して、帯域制限のための時間軸ウィンドウイング長を適応的に選択することができ、この時間軸ウィンドウイングの帯域外輻射電力抑圧性能やその他の通信条件を考慮して送信電力を制御することで効率的にＴＶホワイトスペースまたはホワイトスペースを利用できるシステムとすることができる。
【0110】
また本発明によれば、上述したＯＦＤＭ信号送信装置１として具現化される場合に限定されるものではなく、ＯＦＤＭ通信システムを設計するための設計プログラムとして具現化されるものであってもよい。かかる場合には、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の電子機器等に実装されるプログラムとして具現化されるものであり、図１、３に示すような構成要素の動作を、プログラムのステップとして実行していくこととなる。
【0111】
先ず、時間軸ウィンドウイング処理を施すための時間軸ウィンドウイング長に対する調整可能な送信電力やスループットの関係を通信条件毎に予め取得し、これをＰＣの記憶手段（ハードディスクやメモリ等）にスループットパラメータテーブルとして記憶させる。次に実際の設計フェーズに移行する場合には、ＯＦＤＭ信号送信装置から送信すべきＯＦＤＭ信号において必須となる条件項目、及び帯域外輻射の抑制条件を取得する。次に取得した帯域外輻射の抑制条件を満たす送信電力および時間軸ウィンドウイング長を、送信電力パラメータテーブルに記憶されている送信電力との関係およびスループットパラメータテーブルに記憶されているスループットとの関係において、条件項目を満たす通信条件の中から選択する。最後に、選択した時間軸ウィンドウイング長、送信電力及びその通信条件を解として出力する。
【符号の説明】
【0112】
１ ＯＦＤＭ信号送信装置２ ＯＦＤＭ信号受信装置
１０ ＯＦＤＭ通信システム
１１ 変調・符号化処理部
１２ 時間軸ウィンドウイング処理部
１３、３１ 帯域制限フィルタ
１４ シンボル連結処理部
１５ 同期パラメータ設定部
１６ 時間軸ウィンドウイング処理部
１７ スループットパラメータテーブル格納部
１８ 条件取得部
１９ 通信条件選択部
２０ 信号生成部
２１ 同期検出部
２２ ＯＦＤＭ復調部
２３ 復調・復号処理部
３２ 送信電力制御部