特開 2023-15780 無線通信システム、及び無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023015780

(43)【公開日】2023-02-01

(54)【発明の名称】無線通信システム、及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 27/36 20060101AFI20230125BHJP

   H04L 27/38 20060101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

H04L27/36

H04L27/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021119763

(22)【出願日】2021-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗山 圭太

(72)【発明者】

【氏名】福園 隼人

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 正文

(72)【発明者】

【氏名】宮城 利文

(72)【発明者】

【氏名】前原 文明

(57)【要約】

【課題】電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムであって、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することが可能な無線通信システムを提案する。
【解決手段】本開示に係る無線通信システムの送信機は、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出し、ベース信号点及びオフセット信号点に応じたベース変調波及びオフセット変調波を生成する。その後、ベース変調波及びオフセット変調波それぞれをプリコーディングした後、所定の電力まで増幅させる。そして、ベース電波及びオフセット電波を送出する。本開示に係る無線通信システムの受信機は、ベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号の合成信号を復調する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムであって、
伝送信号点は、伝送する前記データに対応する信号点であり、
信号範囲は、前記伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲であり、
前記送信機は、
前記信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における前記伝送信号点の位置を規定するベース信号空間ダイアグラム及び前記分割に係る前記分割部分の位置に応じた前記ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、前記伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出部と、
前記ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成部と、
前記ベース変調波をプリコーディングするベース変調波プリコーディング部と、
前記ベース変調波プリコーディング部によりプリコーディングした前記ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅部と、
前記ベース変調波増幅部により増幅した前記ベース変調波によりベース電波を送出するベース電波送信アンテナと、
前記オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成部と、
前記オフセット変調波をプリコーディングするオフセット変調波プリコーディング部と、
前記オフセット変調波プリコーディング部によりプリコーディングした前記オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅部と、
前記オフセット変調波増幅部により増幅した前記オフセット変調波によりオフセット電波を送出するオフセット電波送信アンテナと、
を備え、
前記受信機は、
前記ベース電波及び前記オフセット電波を受信する受信アンテナと、
前記ベース電波に係る受信信号と前記オフセット電波に係る受信信号を合成した合成信号の復調を行う復調部と、
を備え、
前記ベース変調波プリコーディング部及び前記オフセット変調波プリコーディング部は、
前記ベース信号空間ダイアグラム、前記オフセット信号空間ダイアグラム、及び前記送信機と前記受信機との間の伝搬チャネル情報に基づいて、前記合成信号が示す信号点が前記伝送信号点となるように前記ベース変調波及び前記オフセット変調波をプリコーディングする
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であって、
前記ベース変調波プリコーディング部及び前記オフセット変調波プリコーディング部は、
前記ベース信号空間ダイアグラム、前記オフセット信号空間ダイアグラム、及び前記送信機と前記受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて与えられる所定の重みを前記ベース変調波及び前記オフセット変調波に乗算することによりプリコーディングする
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信方法であって、
伝送信号点は、伝送する前記データに対応する信号点であり、
信号範囲は、前記伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲であり、
前記信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における前記伝送信号点の位置を規定するベース信号空間ダイアグラム及び前記分割に係る前記分割部分の位置に応じた前記ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、前記伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出処理と、
前記ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成処理と、
前記ベース変調波をプリコーディングするベース変調波プリコーディング処理と、
前記ベース変調波プリコーディング処理によりプリコーディングした前記ベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅処理と、
前記ベース変調波増幅処理により増幅した前記ベース変調波によりベース電波を送出するベース電波送出処理と、
前記オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成処理と、
前記オフセット変調波をプリコーディングするオフセット変調波プリコーディング処理と、
前記オフセット変調波プリコーディング処理によりプリコーディングした前記オフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅処理と、
前記オフセット変調波増幅処理により増幅した前記オフセット変調波によりオフセット電波を送出するオフセット電波送出処理と、
前記ベース電波及び前記オフセット電波を受信する受信処理と、
前記ベース電波に係る受信信号と前記オフセット電波に係る受信信号を合成した合成信号の復調を行う復調処理と、
を含み、
前記ベース変調波プリコーディング処理及び前記オフセット変調波プリコーディング処理は、
前記ベース信号空間ダイアグラム、前記オフセット信号空間ダイアグラム、及び前記送信機と前記受信機との間の伝搬チャネル情報に基づいて、前記合成信号が示す信号点が前記伝送信号点となるように前記ベース変調波及び前記オフセット変調波をプリコーディングする
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項4】

請求項３に記載の無線通信方法であって、
前記ベース変調波プリコーディング処理及び前記オフセット変調波プリコーディング処理は、
前記ベース信号空間ダイアグラム、前記オフセット信号空間ダイアグラム、及び前記送信機と前記受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて与えられる所定の重みを前記ベース変調波及び前記オフセット変調波に乗算することによりプリコーディングする
ことを特徴とする無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システム、及び無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、送信ダイバーシチを用いる無線通信システムにおいて、送信ダイバーシチチャネルに関するチャネル係数ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２を推定する方法が開示されている。無線通信システムは、基地局及び少なくとも１つの移動局を有し、基地局に関連する少なくとも２つのアンテナから、少なくとも２つの伝播経路を介して送信される送信ダイバーシチチャネルを含んでいる。特許文献１に開示される方法は、少なくとも２つのアンテナそれぞれに対して、送信ダイバーシチチャネルを介して基地局から移動局へ送信するためのパイロットシンボル系列を供給するステップと、移動局において、送信ダイバーシチチャネルから、シンボル列ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を受信するステップと、パイロットシンボル系列の値の行列Ｐを設定するステップと、行列Ｐ及びシンボル列ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を用いてチャネル係数ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２を決定するステップとを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００３―５０５９２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

無線通信に係る送信機において、増幅器に入力する変調波のピーク電力が増幅器の直線特性を超えて大きくなると、増幅器の出力に非線形歪みが発生し送信電波の品質が劣化する。このため、増幅器に入力する変調波は、このような非線形歪みが発生しないように入力電力のバックオフが行われる。従って、増幅器に入力する変調波のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ；Peak to average power ratio）を抑制することにより、バックオフを小さくすることができる。延いては、平均送信出力の増加や消費電力の低減といった効果がある。

【0005】

シングルキャリア伝送により無線通信を行うことで、マルチキャリア伝送（例えば、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal frequency-division multiple access））により無線通信を行う場合と比較して、変調波のＰＡＰＲを抑制することができる。しかしながら、シングルキャリア伝送による無線通信を行う場合でも、変調波の変調次数が増加するに従ってＰＡＰＲが大きくなるという課題がある。

【0006】

また、特許文献１で開示されるような送信ダイバーシチ技術は、複数の伝搬チャネルに係る信号が受信時に合成されることで、信号雑音比（ＳＮＲ；Signal-noise ratio）を改善できることが知られている。これにより、高次変調による伝送が可能となる。しかしながら、依然として、ＰＡＰＲが大きくなる課題がある。

【0007】

本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することが可能な無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の開示は、直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システムに関する。この無線通信システムの送信機は、信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における伝送信号点の位置を規定する信号空間ダイアグラム及び分割に係る分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出部と、ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成部と、ベース変調波をプリコーディングするベース変調波プリコーディング部と、ベース変調波プリコーディング部によりプリコーディングしたベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅部と、ベース変調波増幅部により増幅したベース変調波によりベース電波を送出するベース電波送信アンテナと、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成部と、オフセット変調波をプリコーディングするオフセット変調波プリコーディング部と、オフセット変調波プリコーディング部によりプリコーディングしたオフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅部と、オフセット変調波増幅部により増幅したオフセット変調波によりオフセット電波を送出するオフセット電波送信アンテナと、を備えている。またこの無線通信システムの受信機は、ベース電波及びオフセット電波を受信する受信アンテナと、ベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号を合成した合成信号の復調を行う復調部と、を備えている。ここで、伝送信号点は、伝送するデータに対応する信号点であり、信号範囲は、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲である。また、ベース変調波プリコーディング部及びオフセット変調波プリコーディング部は、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に基づいて、合成信号が示す信号点が伝送信号点となるようにベース変調波及びオフセット変調波をプリコーディングする。

【0009】

第２の開示は、第１の開示に係る無線通信システムに対して、さらに以下の特徴を含む無線通信システムに関する。
ベース変調波プリコーディング部及びオフセット変調波プリコーディング部は、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて与えられる所定の重みをベース変調波及びオフセット変調波に乗算することによりプリコーディングする。

【0010】

第３の開示は、直角位相振幅変調に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信方法に関する。この無線通信方法は、信号範囲を等分割する所定の分割に対して分割部分における伝送信号点の位置を規定する信号空間ダイアグラム及び分割に係る分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定するオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送信号点に応じたベース信号点及びオフセット信号点を算出する信号点算出処理と、ベース信号点に応じたベース変調波を生成するベース変調波生成処理と、ベース変調波をプリコーディングするベース変調波プリコーディング処理と、ベース変調波プリコーディング処理によりプリコーディングしたベース変調波を所定の電力まで増幅させるベース変調波増幅処理と、ベース変調波増幅処理により増幅したベース変調波によりベース電波を送出するベース電波送出処理と、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成するオフセット変調波生成処理と、オフセット変調波をプリコーディングするオフセット変調波プリコーディング処理と、オフセット変調波プリコーディング処理によりプリコーディングしたオフセット変調波を所定の電力まで増幅させるオフセット変調波増幅処理と、オフセット変調波増幅処理により増幅したオフセット変調波によりオフセット電波を送出するオフセット電波送出処理と、ベース電波及びオフセット電波を受信する受信処理と、ベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号を合成した合成信号の復調を行う復調処理と、を含んでいる。ここで、伝送信号点は、伝送するデータに対応する信号点であり、信号範囲は、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラムに係る信号点の範囲である。また、ベース変調波プリコーディング処理及びオフセット変調波プリコーディング処理は、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に基づいて、合成信号が示す信号点が伝送信号点となるようにベース変調波及びオフセット変調波をプリコーディングする。

【0011】

第４の開示は、第３の開示に係る無線通信方法に対して、さらに以下の特徴を含む無線通信方法に関する。
ベース変調波プリコーディング処理及びオフセット変調波プリコーディング処理は、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて与えられる所定の重みをベース変調波及びオフセット変調波に乗算することによりプリコーディングする。

【発明の効果】

【0012】

本開示に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数を、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくすることができる。これにより、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波（ベース変調波及びオフセット変調波）のＰＡＰＲを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ＱＡＭの信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。

【図2】ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。

【図3】伝送信号点に応じて算出するベース信号点及びオフセット信号点について説明するための概念図である。

【図4】図２に示す伝送信号点に応じて算出されるベース信号点及びオフセット信号点を例として、ベース信号点とオフセット信号点の線形結合により伝送信号点が与えられることを示す概念図である。

【図5】２つのオフセット信号空間ダイアグラムが与えられる場合の例を示す概念図である。

【図6】本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。

【図7】本実施形態に係る無線通信方法において実行する処理を示すフローチャートである。

【図8】図７に示すステップＳ１１０において実行する処理を示すフローチャートである。

【図9】図７に示すステップＳ１２０において実行する処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲などの数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数が特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構成等は、特に明示した場合や原理的に明らかにそれに特定される場合を除いて、本開示に係る思想に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を附しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

【0015】

１．導入
本開示に係る無線通信システムは、直角位相振幅変調（ＱＡＭ；Quadrature amplitude modulation）に基づく電波により送信機から受信機にシングルキャリア伝送でデータを伝送する無線通信システム（以下、このような無線通信システムを単に「無線通信システム」と称する。）に適用される。

【0016】

ＱＡＭは、公知であるように、伝送するデータに応じて位相が直交する関係にある２つの搬送波それぞれの振幅を変調し、その合成を変調波とする変調方式である。

【0017】

ＱＡＭにおいて、伝送するデータと２つの搬送波それぞれの変調との関係は、一般に信号空間ダイアグラムにより与えられる。また、信号空間ダイアグラムに従って、データに応じた２つの搬送波それぞれの変調が行われる。

【0018】

図１に、ＱＡＭの信号空間ダイアグラムの例を示す。信号空間ダイアグラムは、１つの搬送波の振幅を示す同相軸（Ｉ軸）と、もう一方の搬送波の振幅を示す直交位相軸（Ｑ軸）と、データに対応した複数の信号点と、により構成される。図１に示す信号空間ダイアグラムでは、１６個の信号点を含んでおり、それぞれの信号点には４ｂｉｔのデータが対応している。つまり、図１は、１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムを示しており、図１に示す信号空間ダイアグラムに従う場合、変調波は、１シンボル当たり４ｂｉｔのデータを示すことができる。例えば、０１１０のデータは、Ｉ軸に対応する搬送波の振幅をａ、Ｑ軸に対応する搬送波の振幅をｂとするように変調した変調波により示される。

【0019】

ＱＡＭに基づいてシングルキャリア伝送を行う場合、変調次数（１シンボル当たりのビット数）の大きい変調方式を採用するほど、変調波のＰＡＰＲが大きくなることが知られている。また、変調次数を増加させるほど、所要のＳＮＲが大きくなることが知られている。表１に、変調方式（及び変調方式の変調次数）に対する変調波のＰＡＰＲ及び所要ＳＮＲの程度の比較を示す。

【0020】

【表1】

【0021】

ここで、変調波のＰＡＰＲ及び所要ＳＮＲの程度（最小～最大）は、表１に示す５つの変調方式の間での比較関係を示している。また、ＱＰＳＫは、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ；Quadrature phase-shift keying）を示す。ＱＰＳＫは、４ＱＡＭとして実装することもできる。

【0022】

表１に示すように、変調次数の小さい変調波は、ＰＡＰＲが小さくなる。ＰＡＰＲを抑制することができれば、バックオフを小さくすることができる。延いては、平均送出電力の増加や消費電力の低減を行うことができる。また、変調次数の小さい変調波は、所要ＳＮＲが小さく、ＳＮＲを改善することができる。しかしながら、変調次数の小さい変調波による送信電波で無線通信を行えば、当然にデータの伝送速度が低下してしまう。

【0023】

本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制する。以下、本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法について説明する。

【0024】

２．無線通信システム
２－１．概要
まず、本実施形態に係る無線通信システムについて説明する。本実施形態に係る無線通信システムでは、まず伝送するデータに対応する信号点（以下、「伝送信号点」とも称する。）に応じて、ベース信号空間ダイアグラムに係る信号点（以下、「ベース信号点」とも称する。）、及びオフセット信号空間ダイアグラムに係る信号点（以下、「オフセット信号点」とも称する。）を算出する。ここで、ベース信号空間ダイアグラムは、伝送信号点が基づく信号空間ダイアグラム（以下、「伝送信号空間ダイアグラム」とも称する。）に係る信号点の範囲（以下、「信号範囲」とも称する。）を等分割する所定の分割に対して、分割部分における伝送信号点の位置を規定する信号空間ダイアグラムである。また、オフセット信号空間ダイアグラムは、分割部分の位置に応じたベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定する信号空間ダイアグラムである。

【0025】

図２は、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの例を示す概念図である。図２の上部は、伝送信号空間ダイアグラムを示し、図２の下部は、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲１の分割に応じたベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを示している。なお、図２は、６４ＱＡＭに基づいてデータを伝送する場合を示しており、伝送信号空間ダイアグラムは６４個の信号点により構成されている。

【0026】

図２において、信号範囲１は、６４個の信号点を囲む正方形の範囲（点線で囲む範囲）である。そして、信号範囲１の分割は、図２に示すように、正方形の範囲を４等分するように与えるものとする（１点鎖線）。従って、それぞれの分割部分には、１６個の信号点が含まれることとなる。

【0027】

このとき、ベース信号空間ダイアグラムは、図２に示すように、１６個の信号点により構成される。ここで、ベース信号空間ダイアグラムを構成する１６個の信号点それぞれは、分割部分に含まれる１６個の信号点それぞれに対応し、分割部分における伝送信号点の位置を規定している。

【0028】

また、オフセット信号空間ダイアグラムは、図２に示すように、４個の信号点により構成される。ここで、オフセット信号空間ダイアグラムを構成する４個の信号点それぞれは、４等分された分割部分それぞれに対応し、ベース信号空間ダイアグラムのオフセットを規定している。

【0029】

なお、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムは、それぞれの線形結合が伝送信号空間ダイアグラムとなるように与えられることとなる。つまり、ベース信号空間ダイアグラムの定数倍と、オフセット信号空間ダイアグラムの定数倍との和が、伝送信号空間ダイアグラムとなる。幾何学的には、ベース信号空間ダイアグラムに係る信号範囲は、分割部分の相似形を与え、オフセット信号空間ダイアグラムは、ベース信号空間ダイアグラムに係る信号範囲の平行移動を与える。

【0030】

一般的なＱＡＭにおいて、変調次数が互いに異なる信号空間ダイアグラムの信号範囲は互いに相似形であるから、ベース信号空間ダイアグラムは、従来のＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムにより実現することができる。例えば、図２に示すベース信号空間ダイアグラムは、１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムであって良い。

【0031】

また、オフセット信号空間ダイアグラムは、従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムにより実現されていても良い。例えば、図２に示すオフセット信号空間ダイアグラムは、４ＰＳＫ（又は４ＱＡＭ）に係る信号空間ダイアグラムであって良い。オフセット信号空間ダイアグラムは、形式的には、位相偏移変調に係る信号空間ダイアグラムにより実現することができる。ただし、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲の分割を適当に与えることにより、その他の従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムによりオフセット信号空間ダイアグラムを実現しても良い。例えば、図２に示す信号範囲１を１６等分するように分割を与えるとき、オフセット信号空間ダイアグラムを１６ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムにより実現しても良い。

【0032】

なお、伝送信号空間ダイアグラムに係る信号範囲の分割、ベース信号空間ダイアグラム、及びオフセット信号空間ダイアグラムは、従来の変調方式に係る信号空間ダイアグラムに依らずに適当に与えられていても良い。

【0033】

このように、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを構成することで、伝送信号点と一対一に対応するベース信号点とオフセット信号点の組み合わせを与えることができる。図３は、伝送信号点２に応じて算出するベース信号点３及びオフセット信号点４について説明するための概念図である。図３には、３つの伝送信号点２ａ、２ｂ、及び２ｃそれぞれに応じて算出するベース信号点３ａ、３ｂ、及び３ｃと、オフセット信号点４ａ、４ｂ、及び４ｃを示している（黒丸）。ここで、図３に示す伝送信号空間ダイアグラム、ベース信号空間ダイアグラム、及びオフセット信号空間ダイアグラムは、図２に示すものと同等である。なお、それぞれの信号空間ダイアグラムにおける信号点の位置は、点線で囲む白丸で示している。

【0034】

伝送信号点２ａは、信号範囲１の右上の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ａは、１６個の信号点のうちの内側４個の信号点の右上に位置している。このとき、ベース信号点３ａは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ａの位置と対応し、内側４個の信号点の右上の位置となる。そして、オフセット信号点４ａは、伝送信号点２ａが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の右上の位置となる。

【0035】

伝送信号点２ｂは、信号範囲１の左下の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ｂは、１６個の信号点のうちの外側１２個の信号点の左上に位置している。このとき、ベース信号点３ｂは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ｂの位置と対応し、外側１２個の信号点の左上の位置となる。そして、オフセット信号点４ｂは、伝送信号点２ｂが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の左下の位置となる。

【0036】

伝送信号点２ｃは、信号範囲１の右下の分割部分に含まれている。また、分割部分における伝送信号点２ｃは、１６個の信号点のうちの外側１２個の信号点の右下に位置している。このとき、ベース信号点３ｃは、図３に示すように、分割部分における伝送信号点２ｃの位置と対応し、外側１２個の信号点の右下の位置となる。そして、オフセット信号点４ｃは、伝送信号点２ｃが含まれる分割部分の位置と対応し、４個の信号点の右下の位置となる。

【0037】

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波及びオフセット変調波をプリコーディングする。プリコーディングは、典型的には、所定の重みを乗算するように行われる。

【0038】

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、プリコーディングしたベース変調波及びオフセット変調波を増幅器に入力し所定の電力まで増幅させる。その後、ベース変調波及びオフセット変調波を合成する。

【0039】

このように、伝送信号点２に応じて、ベース信号点３及びオフセット信号点４を算出する。前述したように、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムは、それぞれの線形結合が伝送信号空間ダイアグラムとなるように与えられるから、伝送信号点２は、算出したベース信号点３とオフセット信号点４の線形結合により与えられる。つまり、伝送信号点２に係る位置ベクトルをｓ、算出したベース信号点３に係る位置ベクトルをａ、算出したオフセット信号点４に係る位置ベクトルをｂとするとき、以下の式（１）が成り立つ。ここで、Ｖ１及びＶ２は、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムに応じて与えられる定数である。

【0040】

【数1】

【0041】

図４に、図２に示す伝送信号点２ｂに応じて算出されるベース信号点３ｂ及びオフセット信号点４ｂを例として、ベース信号点３ｂとオフセット信号点４ｂの線形結合により伝送信号点２ｂが与えられることを概念的に示す。

【0042】

なお、オフセット信号空間ダイアグラムは、複数与えられていても良い。この場合、伝送信号点２に応じて、それぞれのオフセット信号空間ダイアグラムに係る複数のオフセット信号点４が算出される。そして、伝送信号点２に係る位置ベクトルをｓ、算出したベース信号点３に係る位置ベクトルをａ、算出した複数のオフセット信号点４に係る位置ベクトルをそれぞれｂｉ（i＝１，２，・・・，Ｎ）とするとき、以下の式（２）が成り立つ。ここで、Ｖ１及びＶ２ｉは、ベース信号空間ダイアグラム及び複数のオフセット信号空間ダイアグラムに応じて与えられる定数であり、Ｎは、与えるオフセット信号空間ダイアグラムの数である。

【0043】

【数2】

【0044】

図５に、２つのオフセット信号空間ダイアグラム（第１信号空間ダイアグラム及び第２信号空間ダイアグラム）が与えられる場合の例を概念的に示す。図５においては、伝送信号点２に応じて、ベース信号点３、第１オフセット信号点４ｓ、及び第２オフセット信号点４ｔが算出されている。図５は、例えば、図２に示す信号範囲１を１６等分するように分割する場合である。

【0045】

以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システムでは、伝送信号点に応じてベース信号点及びオフセット信号点が算出される。次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、算出したベース信号点に応じた変調波（以下、「ベース変調波」とも称する。）及び算出したオフセット信号点に応じた変調波（以下、「オフセット変調波」とも称する。）を生成する。

【0046】

ベース信号点及びオフセット信号点それぞれに応じた変調波の生成は、好適な公知技術を採用して良い。例えば、図２で説明したようにベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムを与える場合、ベース信号点に応じた変調波の生成は、従来の１６ＱＡＭに係る変調器により実現し、オフセット信号点に応じた変調波の生成は、従来のＱＰＳＫに係る変調器により実現して良い。

【0047】

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波に係る電波（以下、「ベース電波」とも称する。）、及びオフセット変調波に係る電波（以下、「オフセット電波」とも称する。）を送出する。つまり、本実施形態に係る無線通信システムの送信機は、ベース電波を送出するための送信アンテナ（以下、「ベース電波送信アンテナ」とも称する。）、及びオフセット電波を送出するための送信アンテナ（以下、「オフセット電波送信アンテナ」とも称する。）を備えている。

【0048】

なお、複数のオフセット信号空間ダイアグラムが与えられる場合、複数のオフセット信号点それぞれに応じて複数のオフセット変調波が生成される。そして、複数のオフセット変調波それぞれに係るオフセット電波を送出する。この場合、本実施形態に係る無線通信システムは、複数のオフセット電波送信アンテナを備える。

【0049】

次に、本実施形態に係る無線通信システムでは、受信機において、ベース電波及びオフセット電波を受信アンテナで受信し、受信信号を得る。

【0050】

そして、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号を合成した信号（以下、「合成信号」とも称する。）の復調を行い、合成信号が示すデータを得る。

【0051】

ここで、プリコーディングは、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に基づいて、合成信号が示す信号点が伝送信号点となるように行われる。例えば、ベース電波送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬チャネル情報がｈ１、オフセット電波送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬チャネル情報がｈ２で与えられるとする。このとき、プリコーディングが所定の重みを乗算するように行われる場合、ベース変調波及びオフセット変調波に乗算する所定の重みＷ１及びＷ２はそれぞれ、以下の式（３）で与えることができる。

【0052】

【数3】

【0053】

式（３）で与えられる重みＷ１及びＷ２をベース変調波及びオフセット変調波に乗算することで、送信機から受信機までベース電波及びオフセット電波が伝搬したとき、ベース電波に係る受信信号が示す信号点はＶ１・ａとなり、オフセット電波に係る受信信号が示す信号点はＶ２・ｂとなる。従って、式（１）により、合成信号点が示す信号点は伝送信号点となる。

【0054】

なお、複数のオフセット信号空間ダイアグラムが与えられる場合は、複数のオフセット電波送信アンテナそれぞれと受信アンテナとの間の伝搬チャネル情報をｈ２ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）として、ベース変調波及び複数のオフセット変調波に乗算する所定の重みＷ１及びＷ２ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）をそれぞれ、以下の式（４）で与えれば良い。

【0055】

【数4】

【0056】

式（４）で与えられる重みＷ１及びＷ２ｉをベース変調波及び複数のオフセット変調波に乗算することで、送信機から受信機までベース電波及びオフセット電波が伝搬したとき、ベース電波に係る受信信号が示す信号点はＶ１・ａとなり、複数のオフセット電波に係る受信信号が示す信号点それぞれはＶ２ｉ・ｂ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）となる。従って、式（２）により、合成信号点が示す信号点は伝送信号点となる。

【0057】

このように、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、復調する信号（合成信号）の変調次数は、伝送信号点に係る変調次数となる。

【0058】

ところで、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムの与え方から、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数は、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくなる。つまり、ベース変調波及びオフセット変調波のＰＡＰＲは、伝送信号点に応じて生成する変調波のＰＡＰＲよりも小さい。そして、本実施形態に係る無線通信システムでは、ベース変調波及びオフセット変調波を増幅器に入力する。すなわち、本実施形態に係る無線通信システムでは、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波のＰＡＰＲを抑制することができる。

【0059】

２－２．構成例
以下、本実施形態に係る無線通信システムの構成例について説明する。図６は、本実施形態に係る無線通信システム１０の構成例を示すブロック図である。図６の上部には、送信機１００の構成例を示し、図６の下部には、受信機２００の構成例を示している。図６に示す無線通信システム１０は、電波により送信機１００から受信機２００にデータを伝送する。ここで、図６に示す無線通信システム１０は、２５６ＱＡＭに基づいてデータを伝送する場合の構成例を示している。つまり、１シンボル当たり８ビットのデータを伝送する。

【0060】

また、図６に示す無線通信システム１０では、ベース信号空間ダイアグラムを、６４ＱＡＭに係る信号空間ダイアグラムで与え、オフセット信号空間ダイアグラムを、ＱＰＳＫに係る信号空間ダイアグラムで与えているとする。

【0061】

送信機１００は、情報処理装置１１０と、変調器１２０ａ及び１２０ｂと、乗算器１３０ａ及び１３０ｂと、増幅器１４０ａ及び１４０ｂと、ベース電波送信アンテナ１６０ａと、オフセット電波送信アンテナ１６０ｂと、を備えている。

【0062】

情報処理装置１１０（信号点算出部）は、伝送するデータに対応する信号点（伝送信号点）に応じて、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。算出したベース信号点及びオフセット信号点は、それぞれ変調器１２０ａ及び１２０ｂに伝達される。情報処理装置１１０は、典型的には、送信機１００に組み込まれたマイクロコントローラである。この場合、情報処理装置１１０は、メモリに記憶するプログラムをプロセッサが実行することにより、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。プログラムは、例えば、ベース信号空間ダイアグラム及びオフセット信号空間ダイアグラムに従って、伝送するデータ（８ビット毎）とベース信号点及びオフセット信号点との対応を与える処理を記述する。

【0063】

変調器１２０ａ（ベース変調波生成部）は、情報処理装置１１０から伝達されるベース信号点に応じたベース変調波を生成する。変調器１２０ａは、従来の６４ＱＡＭに係る変調器によって実現されていて良い。

【0064】

変調器１２０ｂ（オフセット変調波生成部）は、情報処理装置１１０から伝達されるオフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。変調器１２０ｂは、従来のＱＰＳＫに係る変調器によって実現されていて良い。

【0065】

乗算器１３０ａ（ベース変調波プリコーディング部）は、変調器１２０ａが生成したベース変調波に所定の重みＷ１を乗算する。

【0066】

乗算器１３０ｂ（オフセット変調波プリコーディング部）は、変調器１２０ｂが生成したオフセット変調波に所定の重みＷ２を乗算する。

【0067】

乗算器１３０ａ及び１３０ｂは、一般的な電子回路により実現されていて良い。

【0068】

ここで、Ｗ１及びＷ２は、前述したように、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて与えられる。

【0069】

増幅器１４０ａ（ベース変調波増幅部）は、乗算器１３０ａによりプリコーディングしたベース変調波を所定の電力まで増幅させる。

【0070】

増幅器１４０ｂ（オフセット変調波増幅部）は、乗算器１３０ｂによりプリコーディングしたオフセット変調波を所定の電力まで増幅させる。

【0071】

ここで、増幅器１４０ａ及び１４０ｂは、公知の増幅器により実現されていて良い。

【0072】

ベース電波送信アンテナ１６０ａは、ベース変調波により電波（ベース電波）を送出する。

【0073】

オフセット電波送信アンテナ１６０ｂは、オフセット変調波により電波（オフセット電波）を送出する。

【0074】

ベース電波送信アンテナ１６０ａ及びオフセット電波送信アンテナ１６０ｂは、無線通信システム１０を適用する環境に応じて好適なアンテナを採用して良い。例えば、アレーアンテナ、ダイポールアンテナ等が例示される。

【0075】

受信機２００は、受信アンテナ２６０と、復調器２２０と、を備えている。

【0076】

受信アンテナ２６０は、ベース電波送信アンテナ１６０ａ及びオフセット電波送信アンテナ１６０ｂから送出されたベース電波及びオフセット電波を受信し、ベース電波に係る受信信号及びオフセット電波に係る受信信号を得る。受信アンテナ２６０は、無線通信システム１０を適用する環境に応じて好適なアンテナを採用して良い。受信アンテナ２６０により得られた受信信号は、復調器２２０に伝達される。

【0077】

復調器２２０（復調部）は、受信アンテナ２６０により得られたベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号の合成信号の復調を行い、合成信号が示すデータを得る。ここで、乗算器１３０ａ及び１３０ｂにおけるプリコーディングにより、合成信号が示す信号点は伝送信号点となる。つまり、図６に示す無線通信システム１０において、合成信号は２５６ＱＡＭに基づく変調信号である。この場合、復調器２２０は、従来の２５６ＱＡＭに係る復調器によって実現されていて良い。

【0078】

３．無線通信方法
次に、本実施形態に係る無線通信方法について説明する。ただし、以下の説明において、前述した内容と重複する事項については適宜省略している。

【0079】

図７は、本実施形態に係る無線通信方法において実行する処理を示すフローチャートである。図７に示す処理は、伝送するデータが与えられ、無線通信を行うときに開始する。

【0080】

ステップＳ１００（信号点算出処理）では、伝送するデータに対応する信号点（伝送信号点）に応じて、ベース信号点及びオフセット信号点を算出する。ステップＳ１００の後、処理はステップＳ１１０に進む。

【0081】

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で算出したベース信号点に応じたベース変調波を生成する。また、生成したベース変調波を加工する。

【0082】

図８に、ステップＳ１１０において実行する処理を示す。

【0083】

ステップＳ１１１（ベース変調波生成処理）では、ベース信号点に応じたベース変調波を生成する。ステップＳ１１１の後、処理はステップＳ１１２に進む。

【0084】

ステップＳ１１２（ベース変調波プリコーディング処理）では、ベース変調波をプリコーディングする。ステップＳ１１２の後、処理はステップＳ１１３に進む。

【0085】

ステップＳ１１３（ベース変調波増幅処理）では、ステップＳ１１２においてプリコーディングしたベース変調波を、所定の電力まで増幅させる。ステップＳ１１３の後、ステップＳ１１０において実行する処理は終了する。

【0086】

再度図７を参照する。ステップＳ１１０の後、処理はステップＳ１２０に進む。

【0087】

ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で算出したオフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。また、生成したオフセット変調波を加工する。

【0088】

図９に、ステップＳ１２０において実行する処理を示す。

【0089】

ステップＳ１２１（オフセット変調波生成処理）では、オフセット信号点に応じたオフセット変調波を生成する。ステップＳ１２１の後、処理はステップＳ１２２に進む。

【0090】

ステップＳ１２２（オフセット変調波プリコーディング処理）では、オフセット変調波をプリコーディングする。ステップＳ１２２の後、処理はステップＳ１２３に進む。

【0091】

ステップＳ１２３（オフセット変調波増幅処理）では、ステップＳ１２２においてプリコーディングしたオフセット変調波を、所定の電力まで増幅させる。ステップＳ１２３の後、ステップＳ１２０において実行する処理を終了する。

【0092】

再度図７を参照する。ステップＳ１２０の後、処理はステップＳ１３０に進む。

【0093】

なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０の処理の順序は逆であっても良い。つまり、ステップＳ１２０の後、ステップＳ１１０が実行されても良い。あるいは、ステップＳ１１０とステップＳ１２０の処理は並列に実行されても良い。

【0094】

ステップＳ１３０（ベース電波送出処理）では、ステップＳ１１３により増幅したベース変調波によりベース電波を送出する。ステップＳ１３０の後、処理はステップＳ１４０に進む。

【0095】

ステップＳ１４０（オフセット電波送出処理）では、ステップＳ１２３により増幅したオフセット変調波によりオフセット電波を送出する。ステップＳ１４０の後、処理はステップＳ１５０に進む。

【0096】

なお、ステップＳ１３０とステップＳ１４０の処理の順序は逆であっても良い。つまり、ステップＳ１４０の後、ステップＳ１３０が実行されても良い。あるいは、ステップＳ１３０とステップＳ１４０の処理は並列に実行されても良い。

【0097】

ステップＳ１５０（受信処理）では、ステップＳ１３０及びステップＳ１４０において送出されたベース電波及びオフセット電波を受信し、ベース電波に係る受信信号及びオフセット電波に係る受信信号を得る。ステップＳ１５０の後、処理はステップＳ１６０に進む。

【0098】

ステップＳ１６０（復調処理）では、ステップＳ１５０において得られたベース電波に係る受信信号とオフセット電波に係る受信信号の合成信号の復調を行い、合成信号が示すデータを得る。これにより、無線通信によるデータの伝送が完了する。ステップＳ１６０の後、処理は終了する。

【0099】

なお、ステップＳ１１２及びステップＳ１２２におけるプリコーディングは、ベース信号空間ダイアグラム、オフセット信号空間ダイアグラム、及び送信機と受信機との間の伝搬チャネル情報に応じて、合成信号が示す信号点が伝送信号点となるように行われる。例えば、プリコーディングが所定の重みを乗算するように行われる場合、所定の重みは、式（３）（又は式（４））において説明した定数Ｗ１及びＷ２（又はＷ１及びＷ２ｉ）である。

【0100】

図７に示す無線通信方法は、図６に示す無線通信システム１０と同等の構成により実現することができる。ただし、その他の構成により実現されていても良い。

【0101】

４．効果
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１０及び無線通信方法によれば、ベース信号点に係る変調次数及びオフセット信号点に係る変調次数を、伝送信号点に係る変調次数よりも小さくすることができる。これにより、変調次数を下げることなく増幅器に入力する変調波（ベース変調波及びオフセット変調波）のＰＡＰＲを抑制することができる。延いては、バックオフを小さくすることができ、平均送信出力の増加や消費電力の低減を行うことができる。

【0102】

また、増幅器に入力する変調波の変調次数が小さくなることにより、所要ＳＮＲを小さくすることができ、ＳＮＲを改善することができる。

【0103】

なお、本開示に係る無線通信システム１０及び無線通信方法は、受信ダイバーシチ技術やＭＩＭＯ（Multiple-input and multiple-output）技術を好適に採用し、複数のベース電波送信アンテナ１６０ａ、複数のオフセット電波送信アンテナ１６０ｂ、及び複数の受信アンテナ２６０を備えていても良い。この場合においても、同様の効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0104】

１ 信号範囲
２ 伝送信号点
３ ベース信号点
４ オフセット信号点
１０ 無線通信システム
１００ 送信機
１１０ 情報処理装置（信号算出部）
１２０ａ 変調器（ベース変調波生成部）
１２０ｂ 変調器（オフセット変調波生成部）
１３０ａ 乗算器（ベース変調波プリコーディング部）
１３０ｂ 乗算器（オフセット変調波プリコーディング部）
１４０ａ 増幅器（ベース変調波増幅部）
１４０ｂ 増幅器（オフセット変調波増幅部）
１６０ａ ベース電波送信アンテナ
１６０ｂ オフセット電波送信アンテナ
２００ 受信機
２２０ 復調器（復調部）
２６０ 受信アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】