CN101473572B - Ofdm通信装置和保护间隔长度决定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种OFDM通信装置(10)，其包括：运算所接收的一系列符号与和一系列符号中含有的已知信号相同波形的保持信号的相关的相关运算部(14)；根据运算结果，来取得希望信号功率的希望信号功率取得部(19)；取得表示各符号的接收功率与希望信号功率的相差量的背景噪音功率的背景噪音功率取得部(22)；根据背景噪音功率，来决定保护间隔的长度，并指示发送装置以所决定的保护间隔长度来进行符号发送的GI长度决定·指示部(23)。由此，在存在背景噪音的情况下，也能控制保护间隔的长度，使其得到必要最低限度的SINR。

Description

OFDM通信装置和保护间隔长度决定方法

技术领域

本发明涉及OFDM通信装置和保护间隔长度决定方法。

背景技术

OFDM(正交频分复用：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)中，若某个符号延迟，则变为对后续符号的干扰波，后续符号的SINR(信号对干扰以及噪声的比：Signal to Inteference and Noise Ratio)降低。为了防止该现象，在符号的前端设置保护间隔(GI：Guard Interval)。

专利文献1中，记载了根据符号延迟的量来控制保护间隔的长度的技术。由于保护间隔越长，SINR越升高，但是通信速率降低了，所以该技术中，取两者的平衡来决定保护间隔长度，使其得到必要最低限度的SINR。

另外，专利文献2中公开了在越区切换时产生的在从多个发送装置发送同一子载波的情况下，关于减少从各发送装置分别发送的符号间干扰的技术。专利文献3中公开了与OFDM中的频率使用效率的改善有关的技术。

专利文献1：特开2002—374223号公报

专利文献2：特开2005—303826号公报

专利文献3：特开2005—252886号公报

但是，SINR还受除由符号延迟造成的干扰波(下面，称作符号延迟干扰波)之外的干扰波和噪声(下面，将这些总称为背景噪音)影响。在存在这种背景噪音的情况下，有时通过上述专利文献1记载的技术，不能得到必要最低限度的SINR。

即，SINR通过由“干扰波功率和噪声功率”除以“希望信号功率”来求出，但是“干扰波功率和噪声功率”中含有“符号延迟干扰波功率”与“背景噪音功率”两者。因此，存在即使根据符号延迟量来控制保护间隔的长度，也不能得到必要最低限度的SINR的情形。

发明内容

因此，本发明的所要解决的技术问题之一是提供一种在存在背景噪音的情况下，能够控制保护间隔的长度，得到必要最低限度的SINR的OFDM通信装置和保护间隔长度决定方法。

为解决上问题的本发明的OFDM通信装置其特征在于，包括：接收部，接收包含已知信号部分的一系列符号；相关运算部，对通过所述接收部接收的一系列符号和与该已知信号相同波形的保持信号的相关进行运算；希望信号功率取得部，根据所述相关运算部的运算结果，来取得希望信号功率；背景噪音功率取得部，取得背景噪音功率，该背景噪音功率表示各所述符号的接收功率、与通过所述希望信号功率取得部取得的希望信号功率之间的相差量；保护间隔长度决定部，根据通过所述背景噪音功率取得部取得的背景噪音功率，来决定保护间隔的长度；和保护间隔长度指示部，指示发送装置以由所述保护间隔长度决定部所决定的保护间隔长度来进行符号发送。

由此，由于能够根据背景噪音功率来决定保护间隔长度，所以上述OFDM通信装置在存在背景噪音的情况下，也能够控制保护间隔的长度，得到必要最低限度的SINR。

另外，上述OFDM通信装置中，也可进一步包括：符号延迟量取得部，根据所述相关运算部的运算结果，取得符号延迟量；和符号延迟干扰波功率取得部，根据通过所述希望信号功率取得部取得的希望信号功率、与通过所述符号延迟量取得部取得的符号延迟量，来取得某个符号成为针对后续符号的干扰波的情况下的干扰波功率即符号延迟干扰波功率；所述保护间隔长度决定部，根据通过所述背景噪音功率取得部取得的背景噪音功率、与通过所述符号延迟干扰波功率取得部取得的符号延迟干扰波功率，来决定保护间隔的长度。

由此，由于根据背景噪音功率和符号延迟干扰波功率两者来决定保护间隔长度，所以上述OFDM通信装置在存在背景噪音的情况下，也能够更合适地控制保护间隔的长度，得到必要最低限度的SINR。

进一步，上述OFDM通信装置中，所述保护间隔长度决定部也可包括必要符号延迟干扰波功率算出部，其根据通过所述背景噪音功率取得部取得的背景噪音功率，算出使SINR达到规定值所需的符号延迟干扰波功率，所述保护间隔长度决定部，根据通过所述必要符号延迟干扰波功率算出部算出的必要符号延迟干扰波功率、与通过所述符号延迟干扰波功率取得部取得的符号延迟干扰波功率，来决定保护间隔的长度。

由此，能够在考虑背景噪音的同时决定保护间隔长度，使SINR为规定值。

另外，本发明的保护间隔长度决定方法，其特征在于，包括：接收步骤，接收包含已知信号部分的一系列符号；相关运算步骤，对所述接收步骤中接收的一系列符号和与该已知信号相同波形的保持信号的相关进行运算；符号延迟量取得步骤，根据所述相关运算的运算结果，来取得符号延迟量；希望信号功率取得步骤，根据所述相关运算的运算结果，来取得希望信号功率；符号延迟干扰波功率取得步骤，根据所述希望信号功率取得步骤中取得的希望信号功率与通过所述符号延迟量取得步骤取得的符号延迟量，来取得某个符号成为针对后续符号的干扰波的情况下的干扰波功率即符号延迟干扰波功率；背景噪音功率取得步骤，取得背景噪音功率，该背景噪音功率表示各所述符号的接收功率、与在所述希望信号功率取得步骤中取得的希望信号功率之间的相差量；保护间隔长度决定步骤，根据所述背景噪音功率取得步骤中取得的背景噪音功率、与所述符号延迟干扰波功率取得步骤中取得的符号延迟干扰波功率，来决定保护间隔的长度；和保护间隔长度指示步骤，指示发送装置以所述保护间隔长度决定步骤中所决定的保护间隔长度来进行符号发送。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的OFDM通信装置的系统结构和功能框图的图；

图2是说明本发明的实施方式的无线信号用的说明图；

图3是说明本发明的实施方式的符号用的说明图；

图4是表示本发明的实施方式的OFDM通信装置的处理流程的图；

图5是表示本发明的实施方式的GI长度与背景噪音功率和符号延迟干扰波功率的关系的图。

具体实施方式

参考附图来说明本发明的实施方式。

图1是表示本实施方式的OFDM通信装置10的系统结构和功能框图的图。如该图所示，OFDM通信装置10功能上构成为包括RF(射频)/IF(中频)/BB(基带)部11、GI删除部12、FFT(快速傅立叶变换)部13、相关运算部14、已知信号保持部15、解调/解码部16、接收数据取得部17、符号延迟量取得部18、希望信号功率取得部19、符号延迟干扰波功率取得部20、接收功率取得部21、背景噪音功率取得部22、GI长度决定·指示部23、发送数据取得部25、物理层帧生成部26、编码/调制部27、GI长度指示取得部28、IFFT(逆快速傅立叶变换)部29、GI添加部30。另外，GI长度决定·指示部23构成为在其内部含有必要符号延迟干扰波功率算出部24。

OFDM通信装置10是移动通信系统的移动站装置和基站装置使用的通信装置，进行基于OFDM的通信。此外，OFDM通信装置10的通信对方也是与OFDM通信装置10同样的通信装置。下面，具体说明OFDM通信装置10具有的上述各功能部的功能。

RF/IF/BB部11通过超外差(superheterodyne)方式接收通信对方发送的无线信号，输出到GI删除部12。

这里，说明在OFDM中使用的无线信号。

图2是说明在OFDM中使用的无线信号用的说明图。该图中，纵轴是频率轴、横轴是时间轴。各长方形表示无线信号的发送单位。发送单位的时间长度等于时隙长度。

OFDM中，符号(表示通过一次调制得到的1位或多位数据的信号点)串按每个与GI长度对应的数目的一系列符号(下面，称作单位符号串)映射到复数平面上，并进行D/A转换后，实施逆快速傅立叶变换。结果，上述符号串按每单位符号串分散到多个子载波上。上述发送单位由这样分散的单位符号串构成。

图3详细表示了上述单位符号串的内容。如该图所示，各单位符号串包含多个符号，各符号构成为包含GI和数据部。更具体的，数据部中含有表示符号的规定时间长度的模拟信号。GI也可构成为包含构成数据部的模拟信号的一部分(通常是从数据部的末尾起的GI长度的模拟信号)，也可不含有意义的信号。

GI删除部12从由RF/IF/BB部11输入的无线信号中删除GI，输出到FFT部13。

FFT部13对从GI删除部12输入的无线信号实施快速傅立叶变换。结果，FFT部13按上述每发送单位来取得实施逆快速傅立叶变换前的单位符号串，并输出到相关运算部14。但是，这里得到的单位符号串中含有干扰成分和噪声成分。

这里，上述单位符号串中包含已知信号部分(也称作唯一码字)。另外，已知信号保持部15保持着与该已知信号部分相同波形的信号。相关运算部14算出从FFT部13输入的单位符号串与通过已知信号保持部15保持的与上述已知信号相同波形的保持信号的相关。通过该处理，相关运算部14将相关值最大的部分判断为是单位符号串中含有的已知信号部分。并且，将判断结果与单位符号串输出到解调/解码部16。

解调/解码部16根据所输入的判断结果，来取得单位符号串中含有的已知信号部分的解调定时。并且，根据这样取得的解调定时，通过用于该单位符号串的调制的调制方式来解调单位符号串。解调/解码部16进一步通过规定的编码方式来对解调的结果所得到的位串进行解码，并输出到接收数据取得部17。接收数据取得部17根据从解调/解码部16输入的位串，来取得接收数据。

符号延迟量取得部18根据相关运算部14的运算结果，来取得符号延迟量。即，将上述已知信号部分的接收定时与本来要接收的定时的偏差作为符号延迟量取得。

一般上，因多径等的影响，上述单位符号串在时间上分散，接收了几个相同的符号。上述已知信号部分的接收定时也分散在多个定时上。符号延迟量取得部18对于分散接收的各个单位符号串，将其延迟的程度作为符号延迟量来取得。

希望信号功率取得部19根据相关运算部14的运算结果，对于分散接收的各个单位符号串，取得希望信号功率。

符号延迟干扰波功率取得部20根据通过希望信号功率取得部19取得的希望信号功率与通过符号延迟量取得部18取得的符号延迟量，来取得某个符号作为针对后续符号的干扰波的情况下的干扰波功率即符号延迟干扰波功率(设为I₁)。具体上，符号延迟干扰波功率取得部20通过总计符号延迟量超过GI长度的单位符号串的希望信号功率，来取得符号延迟干扰波功率I₁。

接收功率取得部21取得通过FFT部13取得的单位符号串的接收功率。

背景噪音功率取得部22取得背景噪音功率(设为I₂+N)，该背景噪音功率表示通过接收功率取得部21取得的接收功率、与通过希望信号功率取得部19取得的希望信号功率之间的相差量。该背景噪音功率I₂+N可以通过从接收功率减去希望信号功率来算出，在将背景噪音仅看作由多普率效应产生的频率改变造成的情况下，可以如下这样来算出。

即，在规定时间内(例如，基于后述的GI长度决定·指示部23的GI长度的更新周期内)的振幅和相位的改变，来算出背景噪音功率I₂。具体上，对构成所接收的单位符号串的各符号的信号点与理想信号点的差进行表示的差值向量的绝对值的平方和为背景噪音功率I₂。若用式子表示该情形，则如式(1)那样。其中，m是符号序号，M是上述规定时间内含有的符号数、k是子载波序号、K是子载波数。另外，V_mk表示符号序号m、子载波序号k中的信号向量，V_mkr表示符号序号m、子载波序号k中的理想信号向量。

【数学式1】

$I_2=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left({|V_{\mathrm{mk}}-V_{\mathrm{mkr}}|}^2\right)\right)\·\·\·\left(1\right)$

另外，式(1)表示符号数M、子载波数K全部中含有的背景噪音成分的总和。在使用该值来进行与其他功率的比较和计算的情况下，作为对象的符号延迟干扰波功率I₁、背景噪音功率I₂+N、必要符号延迟干扰波功率I_1MAX(后述)等也同样为符号数M、子载波数K全部中含有的各成分的总和。

GI长度决定·指示部23根据通过背景噪音功率取得部22取得的背景噪音功率I₂+N与通过符号延迟干扰波功率取得部20取得的符号延迟干扰波功率I₁，来决定GI长度。

具体上，必要符号延迟干扰波功率算出部24根据通过背景噪音功率取得部22取得的背景噪音功率I₂+N，算出SINR为规定值(为使通信成立而为最低限度的必要SINR)所需的符号延迟干扰波功率I_1MAX。GI长度决定·指示部23根据这样算出的必要符号延迟干扰波功率I_1MAX与符号延迟干扰波功率取得部20取得的符号延迟干扰波功率I₁，来决定GI长度。更具体的，决定GI长度，使得通过符号延迟干扰波功率取得部20取得的符号延迟干扰功率为必要符号延迟干扰波功率I1_MAX。

GI长度决定·指示部23若如上那样来决定GI长度，则向通信对方发出指示，使其以该GI长度来进行符号发送。具体上，生成表示指示的GI长度的GI长度指示信息，并输出到物理层帧生成部26。由此，将GI长度指示信息发送到通信对方。下面，描述其细节，同时记载基于OFDM通信装置10的符号的发送。

发送数据取得部25取得构成发送数据的位串。物理层帧生成部26在通过发送数据取得部25取得的位串上添加物理层头，并输出到编码/调制部27。这时，物理层帧生成部26在物理层头中含有从GI长度决定·指示部23输入的GI长度指示信息。

编码/调制部27通过规定的编码方式来编码从物理层帧生成部26输入的物理层头添加后的发送数据，取得编码数据。进一步，编码/调制部27通过提供的调制方式来调制编码数据而生成符号串，并输出到IFFT部29。编码/调制部27用于编码数据的调制的调制方式最好根据自适应调制方式，根据无线状态(接收状态)来适当改变。

GI长度指示取得部28从通过接收数据取得部17取得的接收数据中，取得通过与该OFDM通信装置10同样的处理从通信对方发送的GI长度指示信息。

IFFT部29根据通过GI长度指示取得部28取得的GI长度指示信息，决定应在单位符号串中含有的符号数。在该决定中，GI长度越长，符号数越少。并且，IFFT部29将从编码/调制部27输入的符号串划分为单位符号串而映射到复数平面上，并进行D/A变换后，执行逆快速傅立叶变换。结果，按每个单位符号串分散在多个子载波上。IFFT部29将这样得到的信号输出到GI添加部30中。

GI添加部30在构成单位符号串的各符号的前端添加基于通过GI长度指示取得部28取得的GI长度指示信息的长度的GI之后，将其输出到RF/IF/BB部11。

RF/IF/BB部11通过超外差方式，来无线发送从GI添加部30输入的信号。

对于以上说明的处理，参考OFDM通信装置10的处理流程，再次进行更详细的说明。

图4是表示OFDM通信装置10的处理流程图。如该图所示，OFDM通信装置10首先取得通信的成立所需的最低限度的SINR。下面，将该SINR设作SINR1(S1)。

OFDM通信装置10在接收信号(S2)后，如上所述那样算出希望信号接收功率S(S3)、符号延迟干扰波功率I₁(S4)、背景噪音功率I₂+N(S5)。在算出这些后，OFDM通信装置10算出要使通信成立的I₁的最大值I_1MAX。换而言之，在存在背景噪音功率I₂+N的情况下，算出可允许的I₁的最大值I_1MAX。具体上，通过下面的式(2)来算出(S6)。

I_1MAX＝S/SINR1—(I₂+N)…(2)

OFDM通信装置10比较S2中算出的I₁与S6中算出的I_1MAX，并根据其结果来进行不同的处理(S7)。在I₁比I_1MAX小的情况下，意味着即使I₁更大，通信也成立，所以为了使I₁更大，根据I₁与I_1MAX的差，沿缩短GI长度的方向来决定GI长度控制量(S8)。在I₁与I_1MAX相等的情况下，为维持当前的I₁，将GI长度控制量决定为0(S9)。在I₁比I_1MAX大的情况下，由于意味着若保持原样则通信不成立，所以为减小I₁，根据I₁与I_1MAX的差，沿增长GI长度的方向来决定GI长度控制量(S10)。

OFDM通信装置10根据如上这样决定的GI长度控制量与当前的GI长度，来决定GI长度(S11)。

图5是表示如上这样决定的GI长度与背景噪音功率I₂+N和符号延迟干扰波功率I1的关系的图。如该图所示，背景噪音功率I₂+N越大，即便符号延迟干扰波功率I₁小，GI长度也越向伸长的方向控制。相反，若背景噪音功率I₂+N小，则即便符号延迟干扰波功率I1大，也将GI长度向缩短的方向控制。

最后，OFDM通信装置10通过向通信对方发送GI长度指示信息，从而通知GI长度(S12)。接收了该指示信息的通信对方之后发送通过GI长度指示信息表示的GI长度的单位符号串。

如以上所说明的，根据OFDM通信装置10，可以根据背景噪音功率和符号延迟干扰波功率两者来决定GI长度。由此，OFDM通信装置10在存在背景噪音的情况下，也可控制GI长度，得到必要最低限度的SINR。

Claims (2)

1.一种OFDM通信装置，其特征在于，包括：

接收部，接收包含已知信号部分的一系列符号；

相关运算部，对通过所述接收部接收的一系列符号和与该已知信号相同波形的保持信号的相关进行运算；

希望信号功率取得部，根据所述相关运算部的运算结果，来取得希望信号功率；

背景噪音功率取得部，取得背景噪音功率，该背景噪音功率表示各所述符号的接收功率与通过所述希望信号功率取得部取得的希望信号功率之间的相差量；

符号延迟量取得部，根据所述相关运算部的运算结果，取得符号延迟量；

符号延迟干扰波功率取得部，根据通过所述希望信号功率取得部取得的希望信号功率与通过所述符号延迟量取得部取得的符号延迟量，来取得某个符号成为针对后续符号的干扰波的情况下的干扰波功率即符号延迟干扰波功率；

必要符号延迟干扰波功率算出部，其根据通过所述背景噪音功率取得部取得的背景噪音功率，算出使信号对干扰以及噪声的比SINR达到规定值所需的必要符号延迟干扰波功率；

保护间隔长度决定部，其按下述方式来决定保护间隔的长度，即，在通过所述符号延迟干扰波功率取得部取得的符号延迟干扰波功率大于通过所述必要符号延迟干扰波功率算出部算出的所述必要符号延迟干扰波功率时，缩短所述保护间隔的长度，在通过所述符号延迟干扰波功率取得部取得的符号延迟干扰波功率小于通过所述必要符号延迟干扰波功率算出部算出的所述必要符号延迟干扰波功率时，增长所述保护间隔的长度；和

保护间隔长度指示部，其指示发送装置以由所述保护间隔长度决定部所决定的保护间隔长度来进行符号发送。

2.一种保护间隔长度决定方法，其特征在于，包括：

接收步骤，接收包含已知信号部分的一系列符号；

相关运算步骤，对所述接收步骤中接收的一系列符号和与该已知信号相同波形的保持信号的相关进行运算；

符号延迟量取得步骤，根据所述相关运算的运算结果，来取得符号延迟量；

希望信号功率取得步骤，根据所述相关运算的运算结果，来取得希望信号功率；

符号延迟干扰波功率取得步骤，根据所述希望信号功率取得步骤中取得的希望信号功率与通过所述符号延迟量取得步骤取得的符号延迟量，来取得某个符号成为针对后续符号的干扰波的情况下的干扰波功率即符号延迟干扰波功率；

背景噪音功率取得步骤，取得背景噪音功率，该背景噪音功率表示各所述符号的接收功率与在所述希望信号功率取得步骤中取得的希望信号功率之间的相差量；

必要符号延迟干扰波功率算出步骤，根据在所述背景噪音功率取得步骤中取得的背景噪音功率，算出使信号对干扰以及噪声的比SINR达到规定值所需的必要符号延迟干扰波功率；

保护间隔长度决定步骤，按下述方式来决定保护间隔的长度，即，在通过所述符号延迟干扰波功率取得步骤取得的符号延迟干扰波功率大于通过所述必要符号延迟干扰波功率算出步骤算出的所述必要符号延迟干扰波功率时，缩短所述保护间隔的长度，在通过所述符号延迟干扰波功率取得步骤取得的符号延迟干扰波功率小于通过所述必要符号延迟干扰波功率算出步骤算出的所述必要符号延迟干扰波功率时，增长所述保护间隔的长度；和

保护间隔长度指示步骤，指示发送装置以所述保护间隔长度决定步骤中所决定的保护间隔长度来进行符号发送。

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