JP2004153676A

JP2004153676A - 通信装置、送信機および受信機

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Publication number: JP2004153676A
Application number: JP2002318393A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Takano; 道明高野; Fumio Ishizu; 文雄石津; Akihiro Shibuya; 昭宏渋谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】さらなる伝送効率の向上を実現可能な直交周波数分割多重用の通信装置を得ること。
【解決手段】本発明の直交周波数分割多重用の通信装置は、送信部の構成として、フーリエ変換後の時間軸信号にシンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルを設け、さらに、当該ガードインターバル期間に所定情報を重畳することによって、シンボルを生成するシンボル生成部１６、を備え、さらに、受信部の構成として、サンプリングされた時間軸信号から抽出した同期を確立するための既知情報に基づいて、前記ガードインターバル期間に重畳された時間軸信号を分離するためのタイミングを推定するタイミング推定部４７と、前記推定結果に基づいて前記ガードインターバル期間に重畳された前記所定情報を分離する情報分離部３１と、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信方式としてマルチキャリア変復調方式を採用する通信装置に関するものであり、特に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用の通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、直交周波数分割多重用の通信装置にて用いられる、シンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルについて説明する。
【０００３】
実際の通信システムにおいて、マルチパス通信路や雑音等の影響は無視できないものとなる。特に、無線通信におけるマルチパスは、シンボル間干渉を引き起こし、ビット誤り率ＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）を劣化させる大きな要因となっている。そこで、ＯＦＤＭ方式の通信装置では、ガードインターバルという冗長な信号を付加して、マルチパスによる伝送路歪みに耐性を持たせている。
【０００４】
図１０は、ＯＦＤＭシンボルの時間軸信号を示す図であり（非特許文献１参照）、ＯＦＤＭシンボルは、有効ＯＦＤＭシンボルとガードインターバルから構成される。ガードインターバルは、マルチパス遅延の影響を吸収するために設けられ、この部分は、有効ＯＦＤＭシンボルの後尾の部分を複写している。これにより、時間連続性を保証し、周波数軸の直交性を維持している。また、受信機側では、マルチパス伝送路における反射波の遅延時間がガードインターバル内であれば、ガードインターバルの除去によりシンボル間干渉を防ぐことができる。
【０００５】
【非特許文献１】
３ＧＰＰ寄書ＤａｎｉｅｌＢｏｕｄｒｅａｕａｎｄＷｅｎＴｏｎｇ： ”ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＯＦＤＭＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ”，Ｒ１−０２０１９２８（２００２−０８）、図７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の直交周波数分割多重用の通信装置においては、ガードインターバル期間中が無伝送となっているため、「伝送レートのさらなる向上」という観点から、ガードインターバル期間中の処理に改善の余地がある、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、さらなる伝送効率の向上を実現可能な直交周波数分割多重用の通信装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる通信装置にあっては、直交周波数分割多重方式を採用し、送信部の構成として、フーリエ変換後の時間軸信号にシンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルを設け、さらに、当該ガードインターバル期間に所定情報を重畳することによって、シンボルを生成するシンボル生成部、を備え、さらに、受信部の構成として、サンプリングされた時間軸信号から抽出した同期を確立するための既知情報に基づいて、前記ガードインターバル期間に重畳された時間軸信号を分離するためのタイミングを推定するタイミング推定部と、前記推定結果に基づいて前記ガードインターバル期間に重畳された前記所定情報を分離する情報分離部と、を備える構成とした。
【０００９】
この発明によれば、ガードインターバル期間を用いて情報伝送を行う。すなわち、送信側にてガードインターバル期間にシグナリング情報を重畳し、受信側にてガードインターバル期間に重畳されたシグナリング情報を抽出する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる直交周波数分割多重用の通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）用の送信機の構成を示す図である。
【００１２】
ここで、本実施の形態のＯＦＤＭ用送信機の動作について説明する。符号化されたＨＳ−ＤＳＣＨ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＤｏｗｎｌｉｎｋＳｈａｒｅｄＣｈａｎｎｅｌ：高速下り共通チャネル）ユーザ＃１〜＃ｎ（ｎは任意の整数）は、ＱＡＭマッピング部１−１〜１−ｎにそれぞれ供給され、ここで、ビット信号を同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）からなる複素信号に変換される（ＱＡＭマッピング処理）。たとえば、１６ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）であれば、４ビットの信号を１組の複素信号にマッピングする。また、ＱＡＭマッピング部１０，１３，１５では、それぞれシグナリング情報（１），パイロット情報，シグナリング情報（２）を受け取り、上記と同様のＱＡＭマッピング処理を行う。なお、この送信機では、シグナリング情報（２）として、シグナリング情報（１）のなかの重要な情報のみを別系統で送信する。これにより、情報の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
ＱＡＭマッピング部１−１〜１−ｎの出力はそれぞれサブキャリアインデックスマッピング部２−１〜２−ｎに供給され、ここでは、ＯＦＤＭサブキャリアに対応するインデックスとして周波数情報を付加する（サブキャリアインデックスマッピング処理）。たとえば、インデックス０−１０２３を付与する場合、インデックス０は最小の割り当て周波数を表し、インデックス１０２３は最大の割り当て周波数を表す。また、サブキャリアインデックスマッピング部１１，１４では、それぞれＱＡＭマッピング部１０，１３の出力を受け取り、上記と同様のサブキャリアインデックスマッピング処理を行う。
【００１４】
サブキャリアインデックスマッピング部２−１〜２−ｎの出力はユーザトラヒック多重部３に供給され、ここでは、複数のユーザ信号に対して周波数軸および時間軸の多重化処理を行う。
【００１５】
ユーザトラヒック多重部３の出力はシンボルインタリーブ処理部４に供給され、ここでは、誤りが時間的に集中することを避けるためにインタリーブ処理を行う。ここでは、時間サンプルデータをある一定の範囲（たとえば２ｍｓ）で並び替える。また、シンボルインタリーブ処理部１２では、サブキャリアインデックスマッピング部１１の出力を受け取り、上記と同様のインタリーブ処理を行う。
【００１６】
ＯＦＤＭシグナリング多重部５では、シンボルインタリーブ処理部４，シンボルインタリーブ処理部１２，サブキャリアインデックスマッピング部１４の出力信号を用いてフレームを組み立てるための多重化処理を行う。
【００１７】
情報挿入部６では、ＯＦＤＭシグナリング多重部５にて多重化された信号に、シグナリング情報（２）に対してＱＡＭマッピング処理を施した信号を挿入する。そして、ＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）７では、各サブキャリアインデックスが付加された周波数軸信号を時間軸信号に変換する。
【００１８】
シンボル生成部１６では、ＩＦＦＴ７出力の時間軸信号（有効ＯＦＤＭシンボル）にシンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルを付加し、さらに、当該ガードインターバル部分にシグナリング情報（２）に相当する時間軸信号を重畳して、本実施の形態のＯＦＤＭシンボルを生成する。最後に、シンボル生成部１６の出力は、波形整形，増幅等の処理が行われ、アンテナより放射される。
【００１９】
図２は、本実施の形態のＯＦＤＭシンボルの時間軸信号を示す図であり、図示のとおり、ＯＦＤＭシンボルは有効ＯＦＤＭシンボルとガードインターバルで構成される。通常、ガードインターバルは、マルチパス遅延の影響を吸収するために設けられ、この部分には、有効ＯＦＤＭシンボルの後尾の部分が複写される。さらに、本実施の形態では、シンボル生成部１６の処理により、ガードインターバル部分にシグナリング情報（２）に相当する時間軸信号を上書きする。これにより、ガードインターバルの時間は短くなるが、マルチパス遅延が当初のガードインターバルより短い場合には運用が可能となる。たとえば、セル半径１５００ｍのマイクロセルでは５μｓのガードインターバルが必要となるが、一方で、セル半径５００ｍのセルでは必要なガードインターバルが１．７μｓとなる。このように、本実施の形態では、新たにシンボルフォーマットを定義することなく、セルの大きさにあわせた無駄のないＯＦＤＭシンボルを生成する。
【００２０】
また、図３，図４，図５は、有効ＯＦＤＭシンボルにおける時間軸波形を示す図であり、縦軸が振幅，横軸が角度を表わしている。たとえば、図３は、周波数ｆに相当する波形であり、有効ＯＦＤＭシンボル内で周波数ｆが０°から３６０°まで回転していることがわかる。このキャリアに上記ＱＡＭマッピング処理を施して、１シンボル情報を表現する。また、図４は、周波数２ｆに相当する有効ＯＦＤＭシンボルの時間軸波形を表している。図３と同様に、このキャリアにＱＡＭマッピング処理を施して、１シンボル情報を表現する。このように、ＯＦＤＭでは、サンプル数Ｎに対応して、ｆ，２ｆ，３ｆ，…，Ｎｆの独立なシンボルを表現することができる。また、図５は、ｆ，２ｆ，３ｆ，…，Ｎｆの波形を多重化した様子を表している。
【００２１】
また、図６は、ガードインターバルを付加した状態のシンボルを示す図であり、図７は、シグナリング情報（２）を重畳した後の本実施の形態のＯＦＤＭシンボルを示す図である。なお、ガードインターバル部分にはＱＡＭ変調が施されている。ここでは、９０°の位相回転の様子が表されている。
【００２２】
つぎに、ＯＦＤＭ用の受信機の動作を説明する。図８は、本発明にかかるＯＦＤＭ用の受信機の構成を示す図である。
【００２３】
まず、ＲＦ（無線周波数帯）信号からベースバンド信号に変換された信号がサンプリング部３０に供給され、ここでは、ＯＦＤＭシンボル周期にて当該ベースバンド信号のサンプリング処理を行う。サンプリング出力は情報分離部３１に供給され、ここでは、アパーチャ設定部４８の設定に基づいて、ガードインターバルに重畳された時間軸信号（シグナリング情報（２）に相当する信号）を分離する。
【００２４】
シグナリング情報（２）分離後の時間軸信号はＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：高速フーリエ変換）３２に供給され、ここでは、時間軸信号を周波数軸信号に変換する。ＦＦＴ３２の出力はＯＦＤＭチャネル分離部３３に供給され、ここでは、送信側のＯＦＤＭシグナリング多重部５と逆の処理で、自局宛情報（ユーザ＃１）に相当する信号，シグナリング情報（１）に相当する信号，パイロット情報に相当する信号を分離する。
【００２５】
そして、上記自局宛情報（ユーザ＃１）に相当する信号がチャネル補償部３４に供給され、上記シグナリング情報（１）に相当する信号がチャネル補償部３８に供給され、上記パイロット情報に相当する信号がチャネル補償部４２に供給され、さらに、情報分離部３１によって分離されたシグナリング情報（２）に相当する時間軸信号がチャネル補償部４５に供給され、各チャネル補償部では、チャネル推定部４９からの情報に基づいて、振幅補償，位相補償を行う。
【００２６】
その後、チャネル補償部３４の出力信号に対しては、送信機側と逆の処理で、サブキャリアインデックスデマッピング処理（サブキャリアインデックスデマッピング部３５），シンボルデインタリーブ処理（シンボルデインタリーブ処理部３６），ＱＡＭデマッピング処理（ＱＡＭデマッピング部３７）が実行され、これにより、符号化ＨＳ−ＤＳＣＨユーザ＃１が抽出される。そして、抽出された符号化ＨＳ−ＤＳＣＨユーザ＃１は、誤り訂正等の復号処理（図示せず）が実行され、最終的にサービスに対応した音声，パケット，ストリーミング等の情報となる。
【００２７】
また、チャネル補償部３８の出力信号に対しても、送信機側と逆の処理で、サブキャリアインデックスデマッピング処理（サブキャリアインデックスデマッピング部３９），シンボルデインタリーブ処理（シンボルデインタリーブ処理部４０），ＱＡＭデマッピング処理（ＱＡＭデマッピング部４１）が実行され、これにより、シグナリング情報（１）が抽出される。
【００２８】
また、チャネル補償部４２の出力信号に対しても、送信機側と逆の処理で、サブキャリアインデックスデマッピング処理（サブキャリアインデックスデマッピング部４３），ＱＡＭデマッピング処理（ＱＡＭデマッピング部４４）が実行され、これにより、パイロット情報が抽出される。
【００２９】
また、チャネル補償部４５の出力信号に対しても、送信機側と逆の処理で、ＱＡＭデマッピング処理（ＱＡＭデマッピング部４４）が実行され、これにより、シグナリング情報（２）が抽出される。
【００３０】
そして、抽出されたパイロット情報は、タイミング推定部４７，チャネル推定部４９に供給され、タイミング推定部４７が、パイロット情報に基づいて、ガードインターバルに重畳された時間軸信号を分離するためのタイミングを推定し、チャネル推定部４９が、パイロット情報に基づいて位相回転量や振幅補正量を推定する。アパーチャ設定部４８では、推定されたタイミングに基づいて、ガードインターバルに重畳された時間軸信号を分離するためのアパーチャを設定する。
【００３１】
このように、本実施の形態においては、ガードインターバル期間を用いて情報伝送を行うようにしているので、すなわち、送信側にはガードインターバル期間にシグナリング情報を重畳する構成を、受信側にはガードインターバル期間に重畳されたシグナリング情報を抽出する構成を、それぞれ備えることとしたので、従来と比較して情報伝送効率を大幅に向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、図２のように、ガードインターバルの一部を用いて情報伝送を行うこととしたが、これに限らず、たとえば、図９に示すように、ガードインターバルの全部を用いて情報伝送を行うこととしてもよい。また、本実施の形態では、送信機と受信機との間で上記情報伝送処理を行うこととしたが、たとえば、上記送信機と受信機の両方の構成を備えた通信装置間で上記情報伝送処理を行うこととしてもよい。また、本実施の形態では、シグナリング情報（１）のなかの重要な情報のみをシグナリング情報（２）でも送信することとしたが、これに限らず、たとえば、シグナリング情報（１）とシグナリング情報（２）にそれぞれ異なる情報を割り当てることで、送信可能な情報量を増大させることとしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、ガードインターバル期間を用いて情報伝送を行うようにしているので、すなわち、送信側にはガードインターバル期間にシグナリング情報を重畳する構成を、受信側にはガードインターバル期間に重畳されたシグナリング情報を抽出する構成を、それぞれ備えることとしたので、従来と比較して情報伝送効率を大幅に向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）用の送信機の構成を示す図である。
【図２】ＯＦＤＭシンボルの時間軸信号の一例を示す図である。
【図３】有効ＯＦＤＭシンボルにおける時間軸波形を示す図である。
【図４】有効ＯＦＤＭシンボルにおける時間軸波形を示す図である。
【図５】有効ＯＦＤＭシンボルにおける時間軸波形を示す図である。
【図６】ガードインターバルを付加した状態のＯＦＤＭシンボルを示す図である。
【図７】シグナリング情報（２）を重畳した後のＯＦＤＭシンボルを示す図である。
【図８】本発明にかかるＯＦＤＭ用の受信機の構成を示す図である。
【図９】ＯＦＤＭシンボルの時間軸信号の一例を示す図である。
【図１０】従来のＯＦＤＭシンボルの時間軸信号を示す図である。
【符号の説明】
１−１，１−ｎ，１０，１３，１５ＱＡＭマッピング部、２−１，２−ｎ，１１，１４サブキャリアインデックスマッピング部、３ユーザトラヒック多重部、４，１２シンボルインタリーブ処理部、５ＯＦＤＭシグナリング多重部、６情報挿入部、７逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）、１６シンボル生成部、３０サンプリング部、３１情報分離部、３２高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）、３３ＯＦＤＭチャネル分離部、３４，３８，４２，４５チャネル補償部、３５，３９，４３サブキャリアインデックスデマッピング部、３６，４０シンボルデインタリーブ処理部、３７，４１，４４，４６ＱＡＭデマッピング部、４７タイミング推定部、４８アパーチャ設定部、４９チャネル推定部。

Claims

通信方式として直交周波数分割多重方式を採用する通信装置において、
送信部の構成として、
フーリエ変換後の時間軸信号にシンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルを設け、さらに、当該ガードインターバル期間に所定情報を重畳することによって、シンボルを生成するシンボル生成部、
を備え、
さらに、受信部の構成として、
サンプリングされた時間軸信号から抽出した同期を確立するための既知情報に基づいて、前記ガードインターバル期間に重畳された時間軸信号を分離するためのタイミングを推定するタイミング推定部と、
前記推定結果に基づいて前記ガードインターバル期間に重畳された前記所定情報を分離する情報分離部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記シンボル生成部は、
前記ガードインターバル期間の一部または全部に前記所定情報を重畳することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
通信方式として直交周波数分割多重方式を採用する送信機において、
フーリエ変換後の時間軸信号にシンボル間干渉を防ぐためのガードインターバルを設け、さらに、当該ガードインターバル期間に所定情報を重畳することによって、シンボルを生成するシンボル生成部、
を備えることを特徴とする送信機。
前記シンボル生成部は、
前記ガードインターバル期間の一部または全部に前記所定情報を重畳することを特徴とする請求項３に記載の送信機。
通信方式として直交周波数分割多重方式を採用する受信機において、
サンプリングされた時間軸信号から抽出した同期を確立するための既知情報に基づいて、シンボル間干渉を防ぐために設けられたガードインターバル期間に重畳された時間軸信号を分離するためのタイミングを推定するタイミング推定部と、
前記推定結果に基づいて前記ガードインターバル期間に重畳された時間軸信号を分離する情報分離部と、
を備えることを特徴とする受信機。