JP2004072469A

JP2004072469A - 伝搬路推定を行うｏｆｄｍ受信装置

Info

Publication number: JP2004072469A
Application number: JP2002229887A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ozeki; 大関　武雄; Keisan Ri; 李　啓山; Hiroyasu Ishikawa; 石川　博康; Hideyuki Shinonaga; 篠永　英之
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP3791473B2

Abstract

【課題】伝搬路推定値の追従に失敗した場合であっても、伝搬路推定精度を維持することができ、伝送効率が低下することなく、伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置を提供する。
【解決手段】同期用のプリアンブル信号と、データシンボル内のパイロットサブキャリアとが挿入されている送信フレームに対して、プリアンブル信号又はデータシンボルから推定される第１の伝搬路推定値と、パイロットサブキャリアから推定される第２の伝搬路推定値とを、各データシンボルのサブキャリア毎に、所定の選択条件に従って選択する手段を有する。また、第１の伝搬路推定値は、以前に振幅位相補正及び復調を行ったデータシンボルの硬判定を新たなレプリカとして再帰的に更新する手段を有するものである。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝搬路推定を行うＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する文献公知発明としては、船田龍平ら「高速フェージング環境下におけるＯＦＤＭパケット無線伝送方式の振幅位相変動補償方式に関する一検討」、信学技報ＣＳ２０００−１０、ＲＣＳ２０００−２１（２０００−０５）がある。
【０００３】
ＯＦＤＭ送信フレームには、先頭に配置された同期用のプリアンブル信号と、データシンボル内のパイロットサブキャリアとが挿入されている。このようなＯＦＤＭ伝送方式には、例えば、ＭＭＡＣ　ＨｉＳＷＡＮａ（ＡＲＩＢ　ＳＴＤ−Ｔ７０）等がある。
【０００４】
図１は、ＨｉＳＷＡＮａにおけるＢＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ　ＣＨａｎｎｅｌ）送信バースト信号のフレーム構成図である。
【０００５】
本発明のＯＦＤＭ受信装置は、図１の送信フレームを受信する。ＢＣＨ送信バーストは、プリアンブル信号がＡフィールド、Ｂフィールド及びＣフィールドからなる。プリアンブル信号において、Ａフィールド内のＡの符号を反転させたものがＩＡ及びＲＡであり（ＩＡ及びＲＡは同じ）、Ｂフィールド内のＢの符号を反転させたものがＩＢである。プリアンブル信号から伝搬路推定値を求める場合、Ｃフィールドを用いる。
【０００６】
図２は、ＨｉＳＷＡＮａにおけるＯＦＤＭシンボルのサブキャリア配置図である。
【０００７】
図２によれば、横軸がサブキャリア番号を表し、縦軸が受信電力を表す。また、サブキャリア番号には、一定間隔毎にパイロットサブキャリアが挿入されている。
【０００８】
図３は、従来のＯＦＤＭ受信装置における機能構成図である。
【０００９】
図３によれば、ＯＦＤＭ受信装置は、Ａ／Ｄコンバータ２と、フレーム同期周波数誤差補正部３と、ガードインターバル除去部４と、シリアル／パラレル変換部５と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部６と、伝搬路推定・補正処理部１と、パラレル／シリアル変換部７と、デマッピング部８と、再マッピング部９１と、プリアンブル信号発生部９２とを有する。
【００１０】
伝搬路推定・補正処理部１について、伝搬路を推定する方法として、主に、プリアンブル信号及びデータサブキャリアを用いる繰返し推定と、データシンボル内のパイロットサブキャリアを用いるパイロットサブキャリア推定とがある。
【００１１】
プリアンブル信号を用いて伝搬路を推定する場合、受信したプリアンブル信号を高速フーリエ変換部６で処理し、各搬送波に対するプリアンブル信号を抽出し、それらを各搬送波に対する送信プリアンブル信号で各々除算を行うことで、伝搬路推定値を得ることができる。しかし、伝搬路変動の激しい高速移動環境においては、同一送信フレーム内においても伝搬路特性が変化する。従って、プリアンブル信号から推定した値と、送信フレーム内の各時点での伝搬特性とは異なり、その推定値を用いて振幅・位相補正を行うと誤り率特性の劣化が生じる場合がある。
【００１２】
このような問題を解決するために、図３のＯＦＤＭ受信装置によれば、１送信フレーム時間内での伝搬路変動にその推定値を追従させるために、復調したデータシンボルの硬判定をレプリカとして当該シンボルでの伝搬路推定値を求め、次のデータシンボルの復調に用いている。これにより、伝搬路推定値を実際の伝搬特性に逐次追従させることができる。
【００１３】
一方、パイロットサブキャリア推定の場合、データシンボル内に挿入された受信パイロットサブキャリアを、対応する送信パイロットサブキャリアで各々除算を行うことで、当該シンボルのサブキャリアに対する伝搬路推定値を得ることができる。そして、それらの伝搬路推定値を、周波数軸方向又は時間軸方向に、内挿補間又は外挿補間を行うことで、パイロットサブキャリア以外のデータサブキャリアに対する伝搬路推定値を求める。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に表されたプリアンブル信号及びデータサブキャリアを用いる繰返し推定の場合、高速な伝搬路変動により一度伝搬路推定値の追従に失敗すると、それ以降、その送信フレーム内の復調に影響を及ぼし、ビット誤りが送信フレームの終端まで伝搬していくという問題があった。
【００１５】
一方、パイロットサブキャリア推定の場合、各サブキャリアに対する推定値は搬送波周波数の異なるパイロットサブキャリアの推定値から求めるため、推定精度の劣化が生じる場合がある。また、この推定精度を上げるために挿入するサブキャリア数を増やすと、伝送効率が低下するという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明は、伝搬路推定値の追従に失敗した場合であっても、伝搬路推定精度を維持することができ、伝送効率が低下することなく、伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＯＦＤＭ受信装置は、プリアンブル信号又はデータシンボルから推定される第１の伝搬路推定値と、パイロットサブキャリアから推定される第２の伝搬路推定値とを、各データシンボルのサブキャリア毎に、所定の選択条件に従って選択する手段を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、第１の伝搬路推定値は、以前に振幅位相補正及び復調を行ったデータシンボルの硬判定を新たなレプリカとして再帰的に更新する手段を有することも好ましい。
【００１９】
また、本発明の他の実施形態によれば、所定の選択条件は、各データシンボルのサブキャリア毎の伝送品質に基づくものであることも好ましい。
【００２０】
更に、本発明の他の実施形態によれば、伝送品質は、各データシンボルのサブキャリア毎の受信電力であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
図４は、本発明による伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。
【００２３】
図４によれば、第１の伝搬路推定部１１は、高速フーリエ変換部６からプリアンブル信号又はデータサブキャリアを入力し、プリアンブル信号発生部から出力されたプリアンブル信号、又は、再マッピング部９１から出力された再マッピング後データを入力する。
【００２４】
第１の伝搬路推定部１１は、受信したプリアンブル信号内のＣフィールドに対し、高速フーリエ変換処理を行って各搬送波のプリアンブル信号を抽出し、各搬送波の送信プリアンブル信号で除算し、伝搬路の推定値を求める。Ｃフィールドは、２ＯＦＤＭシンボル長の時間を有することから、それぞれのシンボルで推定値を求め、搬送波毎に平均化処理を行うことで耐雑音性を高めることもできる。
【００２５】
第１の伝搬路推定部１１における推定では、プリアンブル信号から求められた推定値を初期値Ｈ_ｄａｔａ（０，ｋ）とする。ｋは、サブキャリア番号を表す。また、データサブキャリアから求められた推定値をＨ_ｄａｔａ（ｎ，ｋ）とする。このとき、再マッピング後データを元にした推定値であるＨ_ｄａｔａ（ｎ−１，ｋ）を用いてｎ番目のデータシンボルの振幅及び位相を補正し、デマッピングをして、硬判定結果を得る。その硬判定結果を再度マッピングし、得られた信号でそのデータシンボルを搬送波毎に除算することで、そのシンボルでの推定値Ｈ_ｄａｔａ（ｎ，ｋ）を求める。
【００２６】
これにより、第１の伝搬路推定部１１は、プリアンブル信号から推定した伝搬路推定値を初期値とし、以降復調したデータシンボルの硬判定をレプリカとして伝搬路推定値を更新し、送信フレームの最後尾まで行う。
【００２７】
図５は、再マッピング後信号を用いた伝搬路推定値の更新の説明図である。
【００２８】
図５によれば、Ｉ軸（同相成分）及びＱ軸（直交成分）で表されている。図５（ａ）が、ｎ番シンボルのｋ番サブキャリアの受信信号点であるとする。また、図（ｂ）は、直交成分Ｑを零とする点から、既に求められている伝搬路推定値Ｈ（ｎ−１，ｋ）が表されており、その信号に対する補正信号もＩ軸の対称方向に表されている。図５（ｃ）は、図５（ａ）の受信信号点を、図５（ｂ）の補正信号によって振幅位相補正をしたものである。次に、図５（ｄ）は、図５（ｃ）の信号の硬判定を再マッピングした信号である。図５（ｅ）は、図５（ａ）の信号及び図５（ｄ）の信号から得られる伝搬路推定値及びその補正信号を表したものである。
【００２９】
図４によれば、第２の伝搬路推定部１４は、高速フーリエ変換部６から受信パイロットサブキャリアを入力し、パイロットサブキャリア発生部１３のパイロットサブキャリアを入力する。
【００３０】
第２の伝搬路推定部１４は、データシンボル内に挿入されたパイロットサブキャリアを用いて伝搬路推定を行う。受信データシンボルに対し高速フーリエ変換処理を行うことで、各搬送波に変調されたデータ信号が抽出される。抽出された信号の内、パイロットサブキャリアに相当する信号に対して、対応する送信パイロットサブキャリアで除算を行うことで、当該データシンボルのサブキャリアに対する推定値が求まる。
【００３１】
次に、内挿・外挿補間処理部１５によって、パイロットサブキャリア以外のサブキャリアに対して、パイロットサブキャリアでの伝搬路推定値を、周波数軸方向又は時間軸方向の内挿補間又は外挿補間を計算し、サブキャリアの推定値Ｈ_{ｐｉｌｏｔ}（ｎ，ｋ）を求める。
【００３２】
判定部１６は、ｎ番シンボルのｋ番サブキャリアに対する２通りの推定値Ｈ_ｄａｔａ（ｎ，ｋ）及びＨ_{ｐｉｌｏｔ}（ｎ，ｋ）を、任意の条件に従って、サブキャリア単位で適応的に選択し、当該シンボルにおけるサブキャリアの最終的な推定値Ｈ（ｎ，ｋ）を得る。これにより、伝搬路推定値の推定精度の改善を図る。
【００３３】
また、判定部１６は、選択条件を、そのシンボルにおけるサブキャリアの受信電力で決定することもできる。この場合、サブキャリアの受信電力に対する閾値Ｐ_ｔｈを決定し、　以下のような選択条件をつける。

【００３４】
このような選択条件を設けることにより、サブキャリアの受信電力が比較的高い場合には、プリアンブル信号及びデータサブキャリアを用いる第１の伝搬路推定部１１によって求められた推定値を用いて伝搬路を推定する。一方で、受信電力が小さく位相回転が急な環境下では、パイロットサブキャリアを用いる第２の伝搬路推定部１４によって求められた推定値を用いて伝搬路を推定する。これにより、推定値の追従外れを起こす確率を小さくすることができる。
【００３５】
最後に、振幅位相補正部１２は、推定値Ｈ（ｎ，ｋ）について、高速フーリエ変換部６から出力されたプリアンブル信号又はデータサブキャリアに基づいて、振幅位相補正を行う。
【００３６】
図６は、パイロットサブキャリア間の補間による伝搬路推定を示すサブキャリア配置図である。
【００３７】
図６によれば、パイロットサブキャリア間を補間することにより、データサーブキャリアの伝搬路推定が可能となる。従って、例えば、１つのデータサブキャリアの伝送品質が劣悪なものとなったとしても、そのデータサブキャリアの両端のパイロットサブキャリアによって、適切と思われる伝送路推定値を導き出すことができる。
【００３８】
図７は、補間によるパイロット間サブキャリアの伝搬路推定・補正処理の説明図である。
【００３９】
図７（ａ）は、２つのパイロットサブキャリアの伝搬路推定値Ｈ（ｎ，ｋ）及びＨ（ｎ，ｌ）である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の２つのパイロットサブキャリアの間で、内挿補間により推定したものである。内挿補間によって導出された推定値Ｈ（ｎ，ｍ）からみて、Ｉ軸の対称方向の点を補正信号として推定する。図７（ｃ）は、第３象限の受信信号点を、図７（ｂ）の補正信号によって補正したものである。
【００４０】
前述した本発明の種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明における伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置によれば、伝搬路推定値の追従に失敗した場合であっても、伝搬路推定精度を維持することができ、伝送効率が低下することなく、伝搬路推定を行うことができる。
【００４２】
本発明によれば、プリアンブル信号及びデータサブキャリアを用いて推定した伝搬路推定値の追従が難しくなるような伝搬状況の悪い搬送波に対しては、パイロットサブキャリアを用いて推定した伝搬路推定値を代用することで、伝搬路推定値の精度を高めることができる。これにより、ビット誤り率の改善を図り、より高品質で安定した通信サービスを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨｉＳＷＡＮａにおけるＢＣＨ下り送信バースト信号のフレーム構成図である。
【図２】ＨｉＳＷＡＮａにおけるＯＦＤＭシンボルのサブキャリア配置図である。
【図３】伝搬路推定部を有するＯＦＤＭ受信装置の機能構成図である。
【図４】本発明による伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。
【図５】再マッピング後信号を用いた伝搬路推定値の更新の説明図である。
【図６】パイロットサブキャリア間の補間による伝搬路推定を示すサブキャリア配置図である。
【図７】補間によるパイロット間サブキャリアの伝搬路推定・補正処理の説明図である。
【符号の説明】
１　伝搬路推定・補正処理部
１１　第１の伝搬路推定部
１２　振幅位相補正部
１３　パイロットサブキャリア発生部
１４　第２の伝搬路推定部
１５　内挿・外挿補間処理部
１６　判定部
２　Ａ／Ｄコンバータ
３　フレーム同期周波数誤差補正部
４　ガードインターバル除去部
５　シリアル／パラレル変換部
６　高速フーリエ変換部
７　パラレル／シリアル変換部
８　デマッピング部
９１　再マッピング部
９２　プリアンブル信号発生部

Claims

同期用のプリアンブル信号と、データシンボル内のパイロットサブキャリアとが挿入されている送信フレームに対して、振幅位相補正に用いる伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置において、
前記プリアンブル信号又は前記データシンボルから推定される第１の伝搬路推定値と、前記パイロットサブキャリアから推定される第２の伝搬路推定値とを、各データシンボルのサブキャリア毎に、所定の選択条件に従って選択する手段を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
前記第１の伝搬路推定値は、以前に振幅位相補正及び復調を行った前記データシンボルの硬判定を新たなレプリカとして再帰的に更新する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
前記所定の選択条件は、各データシンボルのサブキャリア毎の伝送品質に基づくものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
前記伝送品質は、各データシンボルのサブキャリア毎の受信電力であることを特徴とする請求項３に記載のＯＦＤＭ受信装置。