JP2004159084A

JP2004159084A - 伝搬路推定を行うｏｆｄｍ受信装置

Info

Publication number: JP2004159084A
Application number: JP2002322687A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ozeki; 武雄大関; Keisan Ri; 啓山李; Hiroyasu Ishikawa; 博康石川; Hideyuki Shinonaga; 英之篠永
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】伝搬路推定値の追従が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置を提供する。
【解決手段】既知のプリアンブル信号とデータシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるＯＦＤＭ受信装置に関する。本発明のＯＦＤＭ受信装置によれば、サブキャリア毎に推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、受信したサブキャリアと伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、サブキャリア選択手段から出力された第１の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段とを有する。
【選択図】図６

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（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、受信側において、振幅位相変動補償した情報シンボルを用いて、逐次的に伝搬路特性の推定を行う方式が提案されていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ここで対象とするＯＦＤＭ受信装置が受信する送信フレームは、その先頭にプリアンブル信号（既知）が付加されたものである。このようなＯＦＤＭ伝送方式には、例えば、ＭＭＡＣＨｉＳＷＡＮａ（ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ７０）等がある。ＨｉＳＷＡＮａの送信フレームは、ＢＣＨ（ＢｒｏａｄｃａｓｔＣＨａｎｎｅｌ）送信バーストと、下り送信バーストと、上り送信バーストとの３種類で構成される。ここでは説明の簡略化のために、下りリンクを対象とし、ＢＣＨ送信バーストプリアンブル信号を用いるものとする。
【０００４】
図１は、ＨｉＳＷＡＮａにおけるＢＣＨ（ＢｒｏａｄｃａｓｔＣＨａｎｎｅｌ）送信バースト信号のフレーム構成図である。
【０００５】
対象とするＯＦＤＭ受信装置は、図１の送信フレームを受信する。ＢＣＨ送信バーストにおいて、プリアンブル信号は、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、ＯＦＤＭ受信装置における機能構成図である。
【０００７】
図２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：ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）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。
【０００８】
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。
【０００９】
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の特性が変化する。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。
【００１０】
このような問題を解決するために、図２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。
【００１１】
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、当該シンボルのパイロット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サブキャリアに対する伝搬路推定値を求める。
【００１２】
【非特許文献１】
船田龍平、原田博司、神尾享秀、篠田庄司、藤瀬雅行「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）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図２に表されたプリアンブル信号を用いて伝搬路推定を行う方法では、各送信フレームで用いる伝搬路推定値は、その送信フレームの先頭に付加されているプリアンブル信号より得られる値である。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の特性が変化する。従って、この様な環境においては、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が異なり、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。
【００１４】
また、この問題を解決するために、復調したＯＦＤＭデータシンボルの硬判定をレプリカとして該シンボルでの伝搬路推定値を求め、次のＯＦＤＭデータシンボルの復調に用いるという、伝搬路推定値を実際の伝搬特性に逐次追従させる方法がある。しかし、この方法においては、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、それ以降該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が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、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】
本発明は、既知のプリアンブル信号とデータシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるＯＦＤＭ受信装置に関する。
【００１８】
本発明のＯＦＤＭ受信装置によれば、
サブキャリア毎に推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、
受信したサブキャリアと伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、
サブキャリア選択手段から出力された第１の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段と
を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明におけるＯＦＤＭ受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア選択手段は、サブキャリアの伝送品質が所定の閾値以上であれば、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力し、所定の閾値以下であれは、サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力しないものであってもよい。
【００２０】
また、本発明におけるＯＦＤＭ受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の受信電力であることも好ましい。
【００２１】
更に、本発明におけるＯＦＤＭ受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の振幅及び位相補正後データとその硬判定との差であることも好ましい。
【００２２】
更に、本発明におけるＯＦＤＭ受信装置の他の実施形態によれば、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したものであることも好ましい。
【００２３】
更に、本発明におけるＯＦＤＭ受信装置の他の実施形態によれば、伝搬路推定値は、時間的に前後複数の推定値の重み付き平均値を用いることも好ましい。
【００２４】
即ち、本発明は、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ＯＦＤＭ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ていく方法と、伝搬路推定値を当該シンボルのサブキャリア以外のサブキャリアに対する伝搬路推定値の周波数軸方向又は時間方向の内挿・外挿補間処理によって求める方法とを組み合わせて、伝搬路推定の精度を向上させるものである。
【００２５】
【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。
【００２６】
図３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。
【００２７】
図３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サブキャリアを入力し、プリアンブル信号発生部９２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、ｎ番目のデータシンボルから求まる推定値を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。
【００３０】
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。
【００３１】
第２の伝搬路推定部１３は、サブキャリア選択部１３１と、内挿・外挿補間処理部１３２とからなる。サブキャリア選択部１３１は、高速フーリエ変換部６から出力されたサブキャリアと、第１の伝搬路推定部１１で推定された推定値とを入力し、補間処理を行うサブキャリアを選択する。内挿・外挿補間処理部１３２は、選択されたサブキャリアに対し補間処理を行う。
【００３２】
第２の伝搬路推定部１３は、第１の伝搬路推定部で推定されたサブキャリア毎の推定値のうち、補正に使わない推定値を選択し、破棄し、残ったサブキャリアの推定値を、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_ｆｉｔ（ｎ，ｋ）を求める。
【００３３】
サブキャリア選択部１３１は、第１の伝搬路推定部１１で推定されたｎ番シンボルのｋ番サブキャリアに対する推定値Ｈ_ｄａｔａ（ｎ，ｋ）のうち、高速フーリエ変換部６からの出力であるｎ番シンボルのｋ番サブキャリアの受信信号に課す任意の条件に従って、後段の振幅・位相補正部２６で用いてはならない推定値を選択し、破棄する。内挿・外挿補間処理部１３２は、残った推定値の内挿補間値又は外挿補間値を計算することで、破棄したサブキャリアの推定値を再度求める。これにより、伝搬路推定値の推定精度の改善を図る。
【００３４】
また、サブキャリア選択部１３１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ｔｈを入力し、受信電力がその閾値ｔｈ未満のサブキャリアに対する第１の伝搬路推定部１１からの推定値は破棄し、残った推定値からの補間で推定値を更新する。
【００３５】
このように、サブキャリアの受信電力に条件を設けることにより、受信電力が比較的高いサブキャリアには、プリアンブル信号及び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振幅及び位相の補正を行う。一方、受信電力が小さく位相回転が急なサブキャリアに対しては、受信電力が高いサブキャリアの推定値と補間処理によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。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。
【００３６】
最後に、振幅・位相補正部１２は、第２の伝搬路推定部１３から出力された推定値Ｈ（ｎ，ｋ）を用いて、高速フーリエ変換部６から出力されたサブキャリアに対して、振幅及び位相の補正を行う。
【００３７】
図４は、本発明の第２の実施形態の伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。
【００３８】
図４によれば、サブキャリア選択部１３１は、選択条件を振幅及び位相補正後データとその硬判定との差で決定するものである。この時、振幅及び位相補正後データとその硬判定との差に対する閾値ｔｈ２を入力し、差が閾値ｔｈ２以上のサブキャリアに対する第１の伝搬路推定部１１からの推定値は破棄し、残った推定値からの補間で推定値を更新する。
【００３９】
このように、振幅及び位相補正後データとその硬判定との差に条件を設けることにより、その差が比較的小さいサブキャリアには、プリアンブル信号及び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振幅及び位相の補正を行う。一方、その差が大きい場合、前回伝搬路の推定を行った時点より伝搬路が急激に変化していることから、そのサブキャリアに対しては、差が小さいサブキャリアの推定値と補間処理によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。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。
【００４０】
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。
【００４１】
図５によれば、複素数で表現された信号を、Ｉ軸（同相成分）及びＱ軸（直交成分）からなる平面上に表している。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５（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、その信号の逆特性である補正信号も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。
【００４２】
また、上述の伝搬路推定値の更新方法に対し、伝搬路推定値の時間方向の平均化処理を適用することも有効である。すなわち、ｎ番目のデータシンボルの振幅及び位相の補正に用いる伝搬路推定値をＨ_ｄａｔａ（ｎ−１，ｋ）とするのではなく、以下の式で与えられる重み付きの平均値とすることで、耐雑音性と急激な伝搬路変動に対する耐性を高めることができる。
【数１】

【００４３】
図６は、本発明によって補間された位相の説明図である。
【００４４】
図６によれば、上段図は、サブキャリアである周波数ｆに対する受信電力を表している。ここでは、ある周波数において閾値ｔｈ以下の受信電力が検出されている。下段図は、周波数ｆに対する伝搬路推定値の位相を表している。本来であれば、閾値ｔｈ以下の受信電力となった周波数においては、急激な位相反転に追従できない伝搬路推定値が求められる。しかし、受信電力が高いサブキャリアに対する伝搬路推定値に対して内挿補間処理を行うことで、受信電力の低いサブキャリアに対する伝搬路推定が可能となる。従って、１つの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、そのサブキャリア以外のサブキャリアの伝搬路推定値を用いて、より適切と思われる伝搬路推定値を導き出すことができる。
【００４５】
図７は、サブキャリア間の補間による伝搬路推定・補正処理の説明図である。
【００４６】
図７（ａ）は、２つの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。
【００４７】
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。
【００４８】
【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、従来技術で伝搬路推定値の追従に失敗するような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うことができる。
【００４９】
本発明によれば、プリアンブル信号及び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態の悪い搬送波に対しては、伝搬路状態の良い搬送波に対して推定した伝搬路推定値の内挿補間値又は外挿補間値を新たな伝搬路推定値とすることで、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することが可能となる。
【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】ＯＦＤＭ受信装置の機能構成図である。
【図３】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４】本発明における第２の実施形態の伝搬路推定・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】本発明によって補間された位相の説明図である。
【図７】サブキャリア間の補間による伝搬路推定・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第２の伝搬路推定部
１３１サブキャリア選択部
１３２内挿・外挿補間処理部
２Ａ／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

既知のプリアンブル信号とデータシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるＯＦＤＭ受信装置において、
前記サブキャリア毎に推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、
受信した前記サブキャリアと前記伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、
前記サブキャリア選択手段から出力された前記第１の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段と
を有することを特徴とする伝搬路推定を行うＯＦＤＭ受信装置。
前記サブキャリア選択手段は、前記サブキャリアの伝送品質が所定の閾値以上であれば、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力し、前記所定の閾値以下であれは、前記サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力しないことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
前記サブキャリア毎の伝送品質は、該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１又は２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
前記サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の振幅及び位相補正後データとその硬判定との差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したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
前記伝搬路推定値は、時間的に前後複数の推定値の重み付き平均値を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。