JP4731991B2 - マルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチキャリア通信信号が伝送される伝送路に接続されて通信を行うマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信方法に関する。

従来、複数のサブキャリアを用いてデータを並列に伝送するマルチキャリア通信において、予め設定された伝送路状態に応じて各サブキャリアの一次変調方式を選択する通信方法があった。

この通信方法では、各サブキャリアに対応して複数の適応変調ブロックを設けるとともに、各適応変調ブロックの伝送路状況をしきい値に従って複数（例えば、４つ）の段階に分け、それぞれの伝送路状況で最良の一次変調方式を選択して伝送を行うようにしている。例えば、伝送路状況が第三のしきい値以上の場合は６４ＱＡＭで信号の伝送を行い、第二のしきい値以上の場合は１６ＱＡＭで信号の伝送を行い、第一のしきい値以上の場合はＱＰＳＫで信号の伝送を行い、第一のしきい値未満の場合にはダミー（ＤＵＭＭＹ）として信号の伝送を行わないようにするものである。

これにより、伝送路状況が良好なサブキャリアでは多くの情報を伝送し、伝送路状況の悪いサブキャリアでは少なく情報を伝送するようにして、高品質の信号を高速に伝送することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２４７９５５号公報

しかしながら、上記従来の通信方法にあっては、サブキャリア毎に固定されたしきい値を用いて一次変調方式が決定されているため、マルチキャリア通信全体を考慮すると、伝送路状況に対する通信速度が最大化されていないといった事情があった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、通信品質を維持しながら通信速度の高速化が可能なサブキャリアに対する適応変調を行うマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信方法を提供することを目的とする。

本発明のマルチキャリア通信装置は、マルチキャリア通信信号が伝送される伝送路に接続されて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、受信したマルチキャリア通信信号から、複数のサブキャリアの各々について雑音レベルを測定する雑音レベル測定部と、前記測定された複数の雑音レベルの測定値について統計をとり、前記統計に基づいて、複数の変調方式の各々に割り当てられる雑音レベルのしきい値を設定するしきい値設定部と、前記設定されたしきい値を用いて、前記サブキャリアの変調方式を、当該サブキャリアについて測定された雑音レベルに応じて決定する変調方式決定部と、を備え、前記しきい値設定部は、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値を算出し、前記平均値に基づいて前記しきい値を設定する。

この構成により、複数のサブキャリアについて測定された雑音レベルの統計からサブキャリアの変調方式を決定するので、伝送路状態に適応して、通信品質を維持しながら通信速度の高速化を図ることができる。更に、この構成により、測定された全サブキャリアの雑音レベルの平均値からしきい値を設定するので、簡易な演算でしきい値を設定することができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記変調方式の各々について所定のビット誤り率が得られる雑音レベルを初期しきい値として保持し、前記初期しきい値に、前記統計に基づいて求められる所定の変化量を加えることにより前記しきい値を設定する。

この構成により、測定値に基づいて、変調方式毎に初期しきい値からの変化量を求めることによりしきい値を設定することができるので、演算量を減少させることができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記初期しきい値に基づいて決定される変調方式毎の雑音レベルに対応したビット誤り率について、前記雑音レベルを有するサブキャリア数をウェイトとした加重平均を算出し、前記ビット誤り率の加重平均の値と前記所定のビット誤り率との差分に基づいて前記変化量を求めて前記しきい値を設定する。

この構成により、変調方式毎にビット誤り率に基づいてしきい値を設定するので、より適切なしきい値の設定を行うことができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記初期しきい値に基づいて決定された変調方式毎の雑音レベルについて、前記雑音レベルを有するサブキャリア数をウェイトとした加重平均を算出し、前記雑音レベルの加重平均に基づいて前記変化量を求めて前記しきい値を設定する。

この構成により、変調方式毎に雑音レベルの平均に基づいてしきい値を設定するので、簡易な演算で適切なしきい値の設定を行うことができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記変化量が加えられたしきい値における加重平均を算出し、前記加重平均が所定の範囲に収まるまで、前記変化量の算出及び前記しきい値の設定を繰り返す。

この構成により、通信品質を維持しつつ、より通信速度の高速化を図ることが可能なしきい値の設定を行うことができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値及びばらつきを算出し、前記平均値及びばらつきに基づいて前記しきい値を設定する。

この構成により、測定された全サブキャリアの雑音レベルの平均値及びばらつきからしきい値を設定するので、簡易な演算でしきい値を設定することができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記測定された雑音レベルに対する前記サブキャリアの数の分布特性を求め、前記分布形状に基づいて前記しきい値を設定する。

この構成により、分布形状からしきい値を設定するので、簡易な演算でしきい値を設定することができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、所定の範囲毎の雑音レベルに対して、その雑音レベルが測定されたサブキャリア数を度数としたヒストグラムに基づいて統計をとる。

この構成により、雑音レベルの統計をとる際の演算量を低減することができるので、簡単な構成で通信速度の高速化を図ることができる。

また、本発明のマルチキャリア通信装置において、前記しきい値設定部は、前記受信したマルチキャリア通信信号を復調した受信データにおける誤りの頻度又は誤りの頻度に関連した値に応じて、前記しきい値の設定を行う。

この構成により、誤りが多く発生する等、通信に支障をきたす可能性が生じたときにしきい値設定を行うので、確実に通信品質を維持する適応変調を行うことができる。

本発明のマルチキャリア通信方法は、マルチキャリア通信信号が伝送される伝送路に接続されて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、受信したマルチキャリア通信信号から、複数のサブキャリアの各々について雑音レベルを測定するステップと、前記測定された複数の雑音レベルの測定値について統計をとり、前記統計に基づいて、複数の変調方式の各々に割り当てられる雑音レベルのしきい値を設定するステップと、前記設定されたしきい値を用いて、前記サブキャリアの変調方式を、当該サブキャリアについて測定された雑音レベルに応じて決定するステップと、を有し、前記しきい値を設定するステップでは、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値を算出し、前記平均値に基づいて前記しきい値を設定する。

この方法により、複数のサブキャリアについて測定された雑音レベルの統計からサブキャリアの変調方式を決定するので、伝送路状態に適応して、通信品質を維持しながら通信速度の高速化を図ることができる。更に、この方法により、測定された全サブキャリアの雑音レベルの平均値からしきい値を設定するので、簡易な演算でしきい値を設定することができる。

本発明によれば、通信品質を維持しながら通信速度の高速化が可能なサブキャリアに対する適応変調を行うマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の前面を示す外観斜視図、図２は、本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の背面を示す外観斜視図である。本実施形態におけるマルチキャリア通信装置１００は、図１及び図２に示すようにモデムである。マルチキャリア通信装置１００は、筐体１０１を有している。筐体１０１の前面には、図１に示すようにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの表示部１０５が設けられている。筐体１０１の背面には、図２に示すように電源コネクタ１０２、ＲＪ４５などのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１０３、及びＤｓｕｂコネクタ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、図２に示すように、平行ケーブルなどの電力線１０５が接続される。モジュラージャック１０３には、図示しないＬＡＮケーブルが接続される。Ｄｓｕｂコネクタ１０４には、図示しないＤｓｕｂケーブルが接続される。なお、通信装置の一例として、図１及び図２のモデムを示したが、特にこれに限る必要はなく、通信装置は、モデムを備えた電気機器（例えばテレビなどの家電機器）であってもよい。

図３は、本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図である。マルチキャリア通信装置１００は、図３に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖの電圧を回路モジュール２００に供給する。回路モジュール２００には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２０１、ＡＦＥ ＩＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ ＩＣ）２０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３、ドライバＩＣ２０５、カプラ２０６、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０７、ＡＭＰ（増幅器） ＩＣ２０９、ＡＤＣ（ＡＤ変換） ＩＣ２１０、メモリ２１１、及びイーサネット（登録商標）物理層ＩＣ（ＰＨＹＩＣ）２１２が設けられている。

メインＩＣ２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１ａ、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ブロック２０１ｂ、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃ ｌａｙｅｒ）ブロック２０１ｃで構成されている。ＡＦＥ ＩＣ２０２は、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２４、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１１、および可変増幅器（ＶＧＡ）２５で構成されている。カプラ２０６は、コイルトランス２０６ａ、及びコンデンサ２０６ｂで構成されている。

図４は、本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の概略構成を示すブロック図である。

図４において、受信装置１は、Ａ／Ｄ変換器１１と、フーリエ変換器（ＦＦＴ）又はウェーブレット変換器（ＤＷＴ）等、所望の時間−周波数変換を行うためのマルチキャリア変換器１２と、伝送路の影響をキャンセルするように受信信号を補正する等化器１３と、パラレルデータをシリアルデータに変換するＰ／Ｓ変換器１４と、マッピングされたシンボルデータを受信信号であるビットデータに変換するデマッパ１５と、受信信号の雑音レベルから各サブキャリアで使用する一次変調方式を決定する伝送路推定器１６とを備える。なお、図３に示すメインＩＣ２０１のＰＬＣ・ＭＡＣブロック２０１ｂが、上述した、マルチキャリア変調器１２、等化器１３、Ｐ／Ｓ変換器１４、デマッパ１５、及び伝送路推定器１６を有している。

伝送路推定器１６は、受信信号の雑音レベルの一例として、使用するサブキャリアの各々について搬送波対雑音比（Carrier to Noise Ratio：以下、ＣＮＲ）を測定するＣＮＲ測定部１７と、ＣＮＲ測定部１７により測定された複数の雑音レベルの測定値について統計をとり、その統計に基づいて、複数の変調方式の各々に割り当てられる雑音レベルのしきい値を設定すると共に、設定されたしきい値を保持するしきい値設定保持部１８と、設定されたしきい値を用いて、サブキャリアの一次変調方式を、そのサブキャリアについて測定された雑音レベルに応じて決定する変調方式決定部１９とを有する。

送信装置２は、送信信号であるビットデータをシンボルデータに変換してシンボルマッピングを行うシンボルマッパ２１と、シリアルデータをパラレルデータに変換するＳ／Ｐ変換器２２と、逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）や逆ウェーブレット変換器（ＩＷＦＴ）等、所望の周波数−時間変換を行う逆マルチキャリア変換器２３と、Ｄ／Ａ変換器２４とを備える。なお、図３に示すメインＩＣ２０１のＰＬＣ・ＭＡＣブロック２０１ｂが、上述した、図４に示す、シンボルマッパ２１、Ｓ／Ｐ変換器２２、及び逆マルチキャリア変換器２３を有している。

これら、受信装置１及び送信装置２は、いずれも、図１ないし図３に示すマルチキャリア通信装置で構成されるが、受信装置１は、受信機能のみで構成してもよく、送信装置２は、送信機能のみで構成することも可能である。

次に、このように構成された通信装置について、その動作を説明する。

送信装置２では、シンボルマッパ２１によって送信するビットデータ（送信データ）をシンボルデータに変換し、各シンボルデータに従って複素座標面にシンボルマッピング（ＰＡＭ、ＱＡＭ等の変調）を行う。この送信データは、ＰＬＣ・ＭＡＣ２０１ｂから送信されるものである。そして、Ｓ／Ｐ変換器２２でサブキャリアごとに実数値を与え、逆マルチキャリア変換器２３で離散マルチキャリア信号に変換する。これによって時間軸波形のサンプル値を発生させ、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成する。次いで、不図示のＰ／Ｓ変換器によりシリアル変換した後、Ｄ／Ａ変換器２４により時間的に連続するベースバンド・アナログ信号波形の送信信号を生成する。

受信装置１では、電力線１０５などの伝送路を介して受信されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１１により送信装置２と同じサンプルレートでサンプリングしてディジタル・ベースバンド信号に変換し、不図示のＳ／Ｐ変換器によりパラレルのサンプル値系列に変換する。そして、このサンプル値系列をマルチキャリア変換器１２に入力し、不図示の同期回路で受信信号に同期させながら周波数軸上へ離散マルチキャリア変換し、等化器１３において予め割り当てられた既知データと比較して等化量を求め等化する。その後、Ｐ／Ｓ変換器１４によりシリアル信号に変換し、デマッパ１５でシンボルマッパと逆の処理（復調）を行って受信データを得る。受信データは、ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２０１ｂに送信される。

また、伝送路推定器１６において、ＣＮＲ測定部１７では、Ｐ／Ｓ変換器１４の出力に基づいて各サブキャリアのＣＮＲを測定する。図５は本発明の実施形態に係る通信装置のＣＮＲ測定の原理を説明するための模式図である。例えば図５において模式的に示すように、ＣＮＲは、直交ベクトルのＩ、Ｑ成分における既知信号点Ｐと、雑音等によりずれた実際の受信点Ｒとの距離を２乗した値を雑音レベルとして、搬送波との電力比を求めることにより得られる。なお、等化器１３から出力される信号を用いて判定を行った後の信号を既知信号に代用しても同様にＣＮＲを測定できる。図６は、伝送路推定により求められる各サブキャリアに対するＣＮＲ特性を示す図であり、このようにして、各サブキャリアについて測定したＣＮＲを得ることができる。

次に、測定されたＣＮＲに応じて変調方式を選択する適応変調について説明する。図７は、ＣＮＲに対するビット誤り率（Bit Error Rate：以下、ＢＥＲ）特性及びＣＮＲの初期しきい値を設定する方法を説明する図である。なお、図７において、縦軸のＢＥＲの目盛りに記載された値は、例えば、「１．Ｅ−０４」は「１×１０^−４」のように、１０の累乗を示すものである。また、本実施形態では、複数の一次変調方式として、伝送効率の低いものから順に、４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭの四種類を選択可能な場合について説明する。

図７に示すように、各一次変調方式毎に、ＣＮＲに対するＢＥＲの特性が異なる。いずれの変調方式においても、ＣＮＲが低い（雑音特性が悪い）ほど、ＢＥＲが高くなる（受信データ中の誤りが多くなる）傾向が認められるが、伝送効率が低い変調方式ほど、低いＣＮＲで良好なＢＥＲが得られることが分かる。すなわち、雑音特性と伝送効率とは相反する関係にある。

ここで、本実施形態では、通信品質を保つために求められるＢＥＲ（以下、所望ＢＥＲという）を１×１０^−３以下とする。図７には、所望ＢＥＲを満たすための、各変調方式のＣＮＲのしきい値（初期しきい値）ＳＴＨ１〜ＳＴＨ４が示されている。すなわち、ＢＥＲが１×１０^−３以下であるためには、４ＱＡＭではしきい値ＳＴＨ１以上のＣＮＲ、１６ＱＡＭではしきい値ＳＴＨ２以上のＣＮＲ、６４ＱＡＭではしきい値ＳＴＨ３以上のＣＮＲ、２５６ＱＡＭではしきい値ＳＴＨ４以上のＣＮＲが必要となる。

すなわち、領域Ｒ１（ＳＴＨ１≦ＣＮＲ≦ＳＴＨ２）にあるＣＮＲを有するサブキャリアに４ＱＡＭを、領域Ｒ２（ＳＴＨ２≦ＣＮＲ≦ＳＴＨ３）にあるＣＮＲを有するサブキャリアに１６ＱＡＭを、領域Ｒ３（ＳＴＨ３≦ＣＮＲ≦ＳＴＨ４）にあるＣＮＲを有するサブキャリアに６４ＱＡＭを、領域Ｒ４（ＳＴＨ４≦ＣＮＲ）にあるＣＮＲを有するサブキャリアに２５６ＱＡＭを一次変調方式として割り当てることにより、各々のサブキャリアにおいて所望ＢＥＲを満たし、ＣＮＲに応じて伝送効率のよい変調方式を選択することができる。

したがって、良好なＣＮＲが得られたサブキャリアでは、より高速通信が可能な一次変調方式、例えば２５６ＱＡＭが選択され、劣悪なＣＮＲが得られたサブキャリアでは、低速の一次変調方式、例えば４ＱＡＭが選択されて、全体として通信速度の効率化を図ることができる。なお、領域Ｒ０（０≦ＣＮＲ≦ＳＴＨ１）は、どの変調方式でも所望ＢＥＲを満たすことができない領域である。

このように、一次変調方式を決定するために変調方式毎に固定したＣＮＲのしきい値ＳＴＨ１〜ＳＴＨ４を用いる上述の方法は、サブキャリア毎にＣＮＲがどのように分布していても、各領域において所望ＢＥＲを保証することができる。ただし、ＳＴＨ１〜４に基づいて決定された変調方式毎におけるサブキャリアのＢＥＲを平均すると、所望ＢＥＲである１×１０^−３より大幅に下回る場合もあり得る。

図８は、ＣＮＲに対するサブキャリア数の分布を示す図であり、測定されたＣＮＲに対するサブキャリア数（以下、ＣＮＲの頻度という）であるＣＮＲの分布特性ＮＢ（破線）を、各一次変調方式でのＣＮＲに対応するＢＥＲの特性を示す図７に描き加えたものである。図８に示すように、分布特性ＮＢは、領域Ｒ０、Ｒ１ではＣＮＲ値が大きくなるにしたがってその頻度が多くなり、逆に、領域Ｒ３、Ｒ４ではＣＮＲ値が大きくなる程その頻度が少なくなっている。

ＣＮＲの分布特性ＮＢと、しきい値ＳＴＨ１〜ＳＴＨ４とを比較すると、例えば、領域Ｒ１では、しきい値ＳＴＨ１に近いＣＮＲの頻度より、しきい値ＳＴＨ２に近いＣＮＲの頻度の方が多いことが分かる。すなわち、所望ＢＥＲ（１×１０^−３）より、所望ＢＥＲより大幅に低いＢＥＲの頻度の方が多い。したがって、領域Ｒ１に存在するＣＮＲのサブキャリアに適用される変調方式（４ＱＡＭ）において、そのサブキャリアの平均のＢＥＲは所望ＢＥＲより大幅に低くなることが予想される。

このように、しきい値ＳＴＨ１〜４を用いて領域Ｒ０〜４を設定し、サブキャリアに適用する一次変調方式を決定すると、所望ＢＥＲを確実に保証する反面、通信に用いられるサブキャリア全体として所望ＢＥＲより大幅に低いＢＥＲとなる場合がある。すなわち、例えば、領域Ｒ１において、ＳＴＨ２近傍では、４ＱＡＭの変調方式が選択されるので、その分、通信速度が遅くなってしまうことになる。そこで、本実施形態の伝送路推定器は、使用するサブキャリア全体のＣＮＲを考慮することにより、全体として所望ＢＥＲを満たすように各サブキャリアの一次変調方式を決定することで、所望ＢＥＲを保証しつつ通信速度の高速化を図るものである。

以下、しきい値設定保持部１８による、各変調方式に割り当てられるＣＮＲのしきい値を設定する方法について、具体例を用いて説明する。図９は、本実施形態に係るＣＮＲのしきい値の設定方法を説明するための図である。

しきい値設定保持部１８は、まず、ＣＮＲ測定部１７によって測定した各サブキャリアのＣＮＲに基づいて、図６に示すようなサブキャリア−ＣＮＲ特性から、図８に示すようなＣＮＲ分布特性ＮＢを作成する。

そして、しきい値設定保持部１８は、まず、図８を基に各領域の平均ＢＥＲを算出する。この算出方法を領域Ｒ１を例にして説明する。既に説明したように、領域Ｒ１では一次変調方式として４ＱＡＭが選択され、この曲線に対応してＣＮＲ値毎のＢＥＲが求められる。次いで、このＢＥＲについて、先に求めたＣＮＲの分布特性ＮＢから得られるＣＮＲ値の頻度をウェイトとし、加重平均を計算してこれを領域Ｒ１における平均ＢＥＲとする。

このようにして求めた平均ＢＥＲは、領域Ｒ１におけるＣＮＲの分布特性ＮＢの形状から、所望ＢＥＲの１×１０^−３を大きく下回ることが明らかであり、マージンが大きくなり過ぎる。そこで、本実施形態では、得られた平均ＢＥＲを所望ＢＥＲの１×１０^−３に接近ないし一致するようにしきい値を左方に移動させて、一次変調方式を決定するためのＣＮＲしきい値を変更する。

また、その他の領域においても同様にして平均ＢＥＲを求め、それぞれの平均ＢＥＲが所望ＢＥＲの１×１０^−３に接近ないし一致するように、その領域を作法に移動させる。これにより、より多くのサブキャリアを伝送効率の高い変調方式に割り当てるので、通信速度の高速化を図ることができる。

実際には、初期しきい値ＳＴＨ１〜４に基づいて決定される変調方式毎の平均ＢＥＲと所望ＢＥＲとの差分に基づいてしきい値の変化量を算出し、初期しきい値ＳＴＨ１〜４にその変化量を加える。すなわち、図９に示すように、初期しきい値ＳＴＨ１〜４から、しきい値ＴＨ１〜４へ、変調方式を決定するためのしきい値を左にずらす。

領域Ｒ１では、図８に示すように、ＣＮＲの分布特性ＮＢが右肩上がりになっており、平均ＢＥＲと所望ＢＥＲとの差分が大きくなるため、初期しきい値ＳＴＨ１に加える変化量は大きくなる。また、領域Ｒ３、Ｒ４ではＣＮＲの分布特性ＮＢが右肩下がりになっており、平均ＢＥＲと所望ＢＥＲとの差分が小さくなるため、初期しきい値ＳＴＨ３、ＳＴＨ４に加える変化量は小さくなる。

なお、しきい値ＴＨ１〜４を求めるために初期しきい値ＳＴＨ１〜４に加える変化量は、変調方式毎に平均ＢＥＲ及び所望ＢＥＲの差分と、変化量とを対応付けたテーブルを予め保持しておき、そのテーブルから求めてもよいし、測定された上記差分から、所定の計算式に基づいて求めてもよい。

また、しきい値の移動（領域の変更）は、平均ＢＥＲが１×１０^−３に近接ないし一致することを予測して一度だけ行ってもよいし、平均ＢＥＲが１×１０^−３にほぼ収束する、すなわち所定の範囲内に収まるまで微調整しながら繰り返してもよい。

ここで、以上の説明では、平均ＢＥＲを求めることによりしきい値の設定を行ったが、簡易的に、ＣＮＲ分布特性から各領域の平均ＣＮＲを算出し、それぞれの領域で選択される一次変調方式の曲線で平均ＣＮＲに対応するＢＥＲを求めて、これを平均ＢＥＲとしてもよい。そして、その平均ＢＥＲと所望ＢＥＲとの差分から初期しきい値ＳＴＨ１〜４に加える変化量を求める。また、ＢＥＲを求めず、平均ＣＮＲと初期しきい値ＳＴＨ１〜４とを比較して、変化量を求めてもよい。

なお、上記の説明における平均ＣＮＲは、既に説明したように、領域毎にＣＮＲの分布特性ＮＢから得られるＣＮＲ値の頻度をウェイトとして加重平均した値である。ここで、本実施形態では、通信中の全てのサブキャリアで得られるＣＮＲを単純平均した値を、上記加重平均した値と区別して、全体平均ＣＮＲと呼ぶ。図１０は、測定された全サブキャリアの平均ＣＮＲ（全体平均ＣＮＲ）を示す図である。

しきい値の変更は、上述したように各領域で得られた平均ＢＥＲを求め、これが所望ＢＥＲに接近ないし一致するように決定することが望ましいが、演算量が多くなってしまう。そこで、ＣＮＲ分布特性曲線の特徴的な形状や、簡易的に得られる値のみを用いて各領域の平均ＢＥＲを推測することにより、しきい値の設定を行う方法が考えられる。

図１１は、本実施形態に係るＣＮＲしきい値の簡易的な設定方法を説明するための図である。図１１（ａ）に示す方法では、しきい値設定保持部１８は、算出された全体平均ＣＮＲのみからしきい値ＴＨ１〜４を設定する。この場合、全体平均ＣＮＲとしきい値ＴＨ１〜４（又は初期しきい値ＳＴＨ１〜４からの変化量）を対応付けたテーブルから求めてもよいし、測定された全体平均ＣＮＲに対して所定の計算式によりしきい値ＴＨ１〜４を求めてもよい。これにより、測定された複数のＣＮＲの測定値に関する統計として、全体平均ＣＮＲのみを用いるので、簡易にしきい値を設定することができる。

図１１（ｂ）に示す方法では、しきい値設定保持部１８は、算出された全体平均ＣＮＲ及びＣＮＲの分布特性の分散や偏差等のばらつきからしきい値ＴＨ１〜４を設定する。これにより、さらにばらつきを用いるので、図１１（ａ）に示す方法より、より適切なしきい値を求めることができる。

図１１（ｃ）に示す方法では、各領域における特徴的な形状、例えば、領域Ｒ１では右肩上がり、領域Ｒ２、Ｒ３では平坦、領域Ｒ４では右肩下がり等、それぞれの領域におけるＣＮＲ頻度の変化量によって、しきい値ＴＨ１〜４の変更や設定を行ってもよい。

また、図１１（ｄ）に示すように、ＣＮＲの分布特性について、所定の範囲毎のＣＮＲに対してそのＣＮＲが測定されたサブキャリア数を度数としたヒストグラムとすることにより、その後の平均ＢＥＲや平均ＣＮＲ、全体平均ＣＮＲ等を算出するための演算量を少なくするようにしてもよい。

さらに、上記のしきい値設定処理は、通信装置間における通信に先だって行ってもよいし、通信中に行ってもよい。また、一度のＣＮＲ測定（伝送路推定）期間でしきい値を決定してもよいし、一度測定したＣＮＲ値を用いてしきい値の設定を繰り返し行い、精度を高めるようにしてもよい。もちろん、ＣＮＲ測定を複数回行うと共に、その都度平均ＣＮＲ及び平均ＢＥＲを計算した上でＣＮＲのしきい値を変更してもよいことはいうまでもない。

また、通信装置間で再送制御を行う場合は、定期的に再送率を求めて監視することにより、設定したしきい値を再送率に従って設定することが可能である。以下、再送率の監視に基づいてしきい値を設定する手順について、フローチャートを用いて説明する。図１２は再送制御を行う場合のＣＮＲしきい値設定処理手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、図４に示したＣＮＲ測定部１７により各サブキャリアのＣＮＲを測定する。次いで、伝送路推定器１６により一次変調方式を決定するためのＣＮＲのしきい値を前述したいずれかの方法で計算し（ステップＳ１０２）、目標とするＣＮＲのしきい値が得られたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３における判定の結果、目標とするＣＮＲのしきい値が得られなかった場合は、ステップＳ１０２の処理手順に戻り、再度しきい値を計算する。

一方、ステップＳ１０３において、目標とするＣＮＲのしきい値が得られた場合は、続いて通信中の再送率を監視し（ステップＳ１０４）、再送率が予め定めた値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

そして、ステップＳ１０５における判定の結果、再送率が予め定めた値以下である場合は、ステップＳ１０４の処理手順に戻り、再送率の監視を継続する。一方、再送率が予め定めた値を超えている場合は、ステップＳ１０２の処理手順に戻ってＣＮＲのしきい値を計算し直し、ステップＳ１０３以下の処理手順を繰り返す。

このようにして、再送率が常に所定値以下になるようにＣＮＲのしきい値を計算する、すなわち、しきい値設定保持部１８は、再送率が所定値以上になったことが検出された場合、それをトリガＴＲ（図４参照）としてしきい値設定処理を行い、変調方式決定部１９が、それに従って最適な一次変調方式を決定する。これにより、予期しない伝送路状態の変化、例えば、電灯線通信において電灯線に接続された電気機器の稼働によりノイズが大きく増加したような場合に、適切に対応することが可能となり、通信速度を最大に維持することができる。

なお、本実施形態では、再送率を監視してその値が常に所定値以下になるようにＣＮＲのしきい値を変更したが、再送率以外のＢＥＲに関連する通信品質の評価パラメータ等、復調した受信データにおける誤りの頻度又は誤りの頻度に関連した値を用いることができる。例えば、ＢＥＲそれ自身や、誤り訂正におけるブロック誤り率、パケット誤り率等、が使用可能である。

以上説明したように、このような本発明の実施形態に係る通信装置によれば、受信装置に設けたＣＮＲ測定部により各サブキャリアのＣＮＲを測定し、伝送路推定器によりＣＮＲの分布特性を作成し、一次変調方式を決定するためにしきい値で区分されたＣＮＲの複数の領域毎に平均ＣＮＲを算出して平均ＢＥＲを求め、平均ＢＥＲが所望のＢＥＲに近接ないし一致するようにＣＮＲのしきい値を移動し、移動したＣＮＲのしきい値に基づいて一次変調方式を決定する。これにより、通信品質を維持しながら通信速度を最大化することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信方法は、通信品質を維持しながら通信速度の高速化が可能な効果を有し、電力線通信装置等に有用である。

本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の前面を示す外観斜視図 本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の背面を示す外観斜視図 本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図 本発明の実施形態に係るマルチキャリア通信装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る通信装置のＣＮＲ測定の原理を説明するための模式図 伝送路推定により求められる各サブキャリアに対するＣＮＲ特性を示す図 ＣＮＲに対するＢＥＲ特性及びＣＮＲの初期しきい値を設定する方法を説明する図 ＣＮＲに対するサブキャリア数の分布を示す図 本実施形態に係るＣＮＲのしきい値の設定方法を説明するための図 測定された全サブキャリアの平均ＣＮＲを示す図 本実施形態に係るＣＮＲしきい値の簡易的な設定方法を説明するための図 再送制御を行う場合のＣＮＲしきい値設定処理手順を説明するためのフローチャート

符号の説明

１ 受信装置
２ 送信装置
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ マルチキャリア変換器
１３ 等化器
１４ Ｐ／Ｓ変換器
１５ デマッパ
１６ 伝送路推定器
１７ ＣＮＲ測定部
１８ しきい値設定保持部
１９ 変調方式決定部
２１ シンボルマッパ
２２ Ｓ／Ｐ変換器
２３ 逆マルチキャリア変換器
２４ Ｄ／Ａ変換器

Claims (10)

1. マルチキャリア通信信号が伝送される伝送路に接続されて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、
   受信したマルチキャリア通信信号から、複数のサブキャリアの各々について雑音レベルを測定する雑音レベル測定部と、
   前記測定された複数の雑音レベルの測定値について統計をとり、前記統計に基づいて、複数の変調方式の各々に割り当てられる雑音レベルのしきい値を設定するしきい値設定部と、
   前記設定されたしきい値を用いて、前記サブキャリアの変調方式を、当該サブキャリアについて測定された雑音レベルに応じて決定する変調方式決定部と、を備え、
   前記しきい値設定部は、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値を算出し、前記平均値に基づいて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
2. 請求項１記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記変調方式の各々について所定のビット誤り率が得られる雑音レベルを初期しきい値として保持し、前記初期しきい値に、前記統計に基づいて求められる所定の変化量を加えることにより前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
3. 請求項２記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記初期しきい値に基づいて決定される変調方式毎の雑音レベルに対応したビット誤り率について、前記雑音レベルを有するサブキャリア数をウェイトとした加重平均を算出し、前記ビット誤り率の加重平均の値と前記所定のビット誤り率との差分に基づいて前記変化量を求めて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
4. 請求項２記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記初期しきい値に基づいて決定された変調方式毎の雑音レベルについて、前記雑音レベルを有するサブキャリア数をウェイトとした加重平均を算出し、前記雑音レベルの加重平均に基づいて前記変化量を求めて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
5. 請求項３又は４記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記変化量が加えられたしきい値における加重平均を算出し、前記加重平均が所定の範囲に収まるまで、前記変化量の算出及び前記しきい値の設定を繰り返すマルチキャリア通信装置。
6. 請求項１又は２記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値及びばらつきを算出し、前記平均値及びばらつきに基づいて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
7. 請求項１又は２記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記測定された雑音レベルに対する前記サブキャリアの数の分布特性を求め、前記分布形状に基づいて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、所定の範囲毎の雑音レベルに対して、その雑音レベルが測定されたサブキャリア数を度数としたヒストグラムに基づいて統計をとるマルチキャリア通信装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記しきい値設定部は、前記受信したマルチキャリア通信信号を復調した受信データにおける誤りの頻度又は誤りの頻度に関連した値に応じて、前記しきい値の設定を行うマルチキャリア通信装置。
10. マルチキャリア通信信号が伝送される伝送路に接続されて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、
    受信したマルチキャリア通信信号から、複数のサブキャリアの各々について雑音レベルを測定するステップと、
    前記測定された複数の雑音レベルの測定値について統計をとり、前記統計に基づいて、複数の変調方式の各々に割り当てられる雑音レベルのしきい値を設定するステップと、
    前記設定されたしきい値を用いて、前記サブキャリアの変調方式を、当該サブキャリアについて測定された雑音レベルに応じて決定するステップと、を有し、
    前記しきい値を設定するステップでは、前記測定された全てのサブキャリアの雑音レベルの平均値を算出し、前記平均値に基づいて前記しきい値を設定するマルチキャリア通信方法。

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