JP2004274604A - Ｏｆｄｍ受信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善する。
【解決手段】各アンテナ素子毎に、ベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力するスイッチ回路を設け、信号処理されたキャリア信号に基づいて各スイッチ回路のオン／オフの組み合わせを決定するという簡素の回路構成により、選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信装置を構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】各アンテナ素子毎に、ベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力するスイッチ回路を設け、信号処理されたキャリア信号に基づいて各スイッチ回路のオン／オフの組み合わせを決定するという簡素の回路構成により、選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信装置を構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されたＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式の受信装置に係り、特に、ダイバーシティ受信を行なうことによりにより２波目以降の遅延波を打ち消す又は弱めるようなチャネル特性を得るＯＦＤＭ受信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善するＯＦＤＭ受信装置に係り、特に、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうＯＦＤＭ受信装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、携帯電話や車載電話など移動通信の普及と需要が目覚しく進展している。今や誰もが移動通信機器を使用し、社会生活上の必需品として認知されつつある。ところが、移動伝搬環境で無線伝送を行なう場合、フェージングによる伝送品質の劣化が特に問題となる。
【０００４】
無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として「ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式」が期待されている。ＯＦＤＭ方式とは、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式の一種で、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。
【０００５】
ＯＦＤＭ方式における情報伝送の一例は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。
【０００６】
例えば、各キャリアはＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を行なうとして情報伝送速度の２５６分の１のシンボル周期でシリアル／パラレル変換するとキャリア総数は２５６となり、逆ＦＦＴは２５６キャリアについて行なうことになる。復調はこの逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各キャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生するといったことで行なわれる。
【０００７】
ＯＦＤＭ伝送方式は、遅延波があっても良好な伝送特性を有することが実験で確かめられている。例えば、無線ＬＡＮの規格として当業界において広く知られているＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、５ＧＨｚ帯でＯＦＤＭ方式を用い、伝送速度最大５４Ｍｂｐｓを可能にしている。
【０００８】
ＯＦＤＭ方式による伝送は、同じ伝送容量のシングルキャリア伝送方式に比べ、１シンボル周期が長くなるので、到来波の遅延時間差が大きなマルチパス・フェージングや選択性フェージングに対する耐フェージング特性が強いという特徴がある。しかしながら、各到来波の遅延時間差が比較的小さなフラット・フェージングに対する耐フェージング特性は強いとは言い難い。
【０００９】
図４には、マルチパス路におけるＯＦＤＭ信号の周波数特性を示している。第１到来波（例えば直接波などの所望波）に対して振幅ρ、遅延τの第２遅延波（反射波などの干渉波）が受信される通信路においては、ＯＦＤＭ信号の周波数特性は、周波数差１／τ毎に１−ρの信号振幅となる。特に、インターリーバのサイズＭ×Ｎ、キャリア間隔Δｆｃのとき、Ｍ／τ＝Δｆｃ若しくはＮ／τ＝Δｆｃが成り立つ場合には、受信側においてデインターリーブ後の符号シンボルの振幅が連続して落ち込み、バースト的な誤りを起こす。
【００１０】
このような受信信号振幅が落ち込むキャリアにおいては、信号間の相関が小さくなるように配置された複数のアンテナで受信した信号を用いる「ダイバーシティ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）受信」が有効であることが知られている。
【００１１】
図５には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ用のアレーアンテナを用いたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示している（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【００１２】
各アンテナ１−１〜１−Ｌで受信された各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応するＡ／Ｄ変換器３−１〜３−Ｌによってディジタル信号に変換される。さらに、時間軸の各ディジタル信号をＤＦＴ（ディジタル・フーリエ変換部）４−１〜４〜Ｌによってフーリエ変換して周波数軸上の各キャリア信号として取り出す。
【００１３】
選択合成部５は、アンテナ１、ＲＦ及びＩＦ回路２、Ａ／Ｄ変換器３、及びＤＦＴ４からなる各受信系統で受信された信号のキャリアの電力を比較し、例えばその最大のものを選択して取り出す。その後、選択されたキャリアは、デインターリーバ６においてデインターリーブされ、復号器７において復号され、元の送信情報に復元される。
【００１４】
図６には、選択合成の原理を図解している。但し、説明の簡素化のため、アレーアンテナのアンテナ本数（すなわち受信系統の個数）は２とする。
【００１５】
同図には、アンテナ１−１及びアンテナ１−２で受信された信号の各キャリアの電力が示されている。周波数ｆ１、ｆ４、ｆ５で伝送された各信号に関しては、アンテナ１−１で受信された信号の方が受信電力が大きく、また、周波数ｆ２、ｆ４で伝送された各信号に関しては他方のアンテナ１−２で受信された信号の方が受信電力が大きい。
【００１６】
このような場合、選択合成部５では、周波数ｆ１、ｆ４、ｆ５ではアンテナ１−１で受信された信号を選択するが、周波数ｆ２、ｆ４ではアンテナ１−２で受信された信号を選択する。このような操作によって、各キャリアのＳＮ比を改善する。
【００１７】
しかしながら、図５に示すような選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信機の構成の場合、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要があり、回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題を招来する。
【００１８】
これに対し、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するという方法が考案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照のこと）。
【００１９】
図７には、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するように構成されたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示している。
【００２０】
同図において、各アンテナ１−１〜１−Ｌで受信された各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応するアナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌに入力される。各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌでは、サブキャリア振幅計測回路９から指示される移相量だけ位相をシフトすることにより受信信号の周波数特性を補正する。そして、合成回路１４は、各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌの出力を合成する。
【００２１】
その後、合成回路１４の出力は、Ａ／Ｄ変換器１５によってディジタル信号に変換され、ＤＦＴ１６によってフーリエ変換され周波数軸上の各キャリア信号が取り出される。さらに、ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ１７並びに復号処理する復号器１８が装備されている。
【００２２】
サブキャリア振幅計測回路９は、取り出された各サブキャリア信号を基に、各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌにおける位相シフト量を制御する。例えば、アナログ信号を合成し直接波と遅延派の受信電力比１：ρの比率を変化させる。
【００２３】
図７に示すような、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するというＯＦＤＭ受信機の構成によれば、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要はなくなるが、各アンテナ素子にアナログ位相シフタ１３を配設する必要が生じる。このため、アナログ回路規模の増加や、アナログ位相シフタの安定性の問題がある。
【００２４】
【特許文献１】
特開平１０−２１００９９号公報、図１
【特許文献２】
特開２００１−１６０７０８号公報、図１
【非特許文献１】
松本洋一、望月伸晃、梅比良正弘共著「ＴＤＭＡ−ＴＤＤ広帯域移動無線通信システム用ＯＦＤＭサブチャネル空間合成送信ダバーシチ」（電気情報通信学会技術報告，Ｒｃｓ９７−２０９）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ダイバーシティ受信を行なうことによりにより２波目以降の遅延波を打ち消す又は弱めるようなチャネル特性を得ることができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善することができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうことができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のＯＦＤＭ（直交周波数多重分割）受信信号を選択的に使用するＯＦＤＭ受信装置であって、
受信アンテナと、該受信アンテナを介して受信した信号をＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートするＲＦ部と、該ダウンコンバートされたベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路部と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力する選択部をそれぞれ含む複数の受信系統と、
各受信系統からの出力を合成する合成部と、
前記合成部の出力信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変換するディジタル変換部と、
前記ディジタル変換部により変換されたディジタル信号をフーリエ変換して周波数軸上の各キャリア信号として取り出すフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部により取り出された各キャリア信号に基づいて前記の各受信系統の前記選択部における選択動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置である。ここで、前記ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ並びに復号処理する復号器をさらに備えていてもよい。
【００２９】
無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式の一種であるＯＦＤＭ方式が期待されている。ＯＦＤＭ方式における情報伝送の一例は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。
【００３０】
ＯＦＤＭ方式による伝送は、同じ伝送容量のシングル・キャリア伝送方式に比べ、１シンボル周期が長くなるので、到来波の遅延時間差が大きなマルチパス・フェージングや選択性フェージングに対する耐フェージング特性が強い。一方、各到来波の遅延時間差が比較的小さなフラット・フェージングに対する耐フェージング特性は強いとは言い難い。
【００３１】
フラット・フェージングに対する有効な対策としては、信号間の相関が小さくなるように配置された複数のアンテナで受信した信号を用いるダイバーシティ受信が有効であることが知られている。
【００３２】
しかしながら、従来の選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信機の構成の場合、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要があり、回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題がある。
【００３３】
また、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するというＯＦＤＭ受信機構成によれば、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要はなくなるが、各アンテナ素子にアナログ位相シフタ１３を配設する必要が生じる。このため、アナログ回路規模の増加や、アナログ位相シフタの安定性の問題がある。
【００３４】
そこで、本発明では、各アンテナ素子毎に、ベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力するスイッチ回路を設け、信号処理されたキャリア信号に基づいて各スイッチ回路のオン／オフの組み合わせを決定するという簡素の回路構成により、選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信装置を構成した。
【００３５】
したがって、本発明によれば、ＯＦＤＭ受信装置における回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題を解決することができる。また、各アンテナ素子の受信信号に対して固定的な遅延を与えるので、アナログ回路規模の増加や、遅延量の可変制御のためのアナログ位相シフタの安定性といった問題を解消することができる。
【００３６】
ここで、制御部は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるスイッチ動作の組み合わせを決定するようにすればよい。これは、言い換えれば、キャリア信号に基づいて、直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すようなスイッチ動作の組み合わせを推定することに相当する。
【００３７】
あるいは、受信電力の落ち込みが小さくなるように、各受信系統のスイッチのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。送信機側からは通常基準位相のみを送るパイロット・キャリアが送られている。したがって、ＯＦＤＭ受信装置側では、パイロット・キャリアを好適に得られるように、各受信系統のスイッチのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。
【００３８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４０】
図１には、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示している。
【００４１】
各アンテナ１−１〜１−Ｌでは、それぞれ異なる指向性を以ってＯＦＤＭ伝送信号が受信される。そして、各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。
【００４２】
次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応する遅延回路３１−１〜３１−Ｌに入力され、固定的な遅延量が与えられる。そして、後続のＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ４１−１〜４１−Ｌは、ＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−Ｌの出力端子、又は遅延回路３１−１〜３１−Ｌの出力端子を選択的に合成回路５１に接続する。そして、合成回路５１は、これら各受信系統からの出力信号を合成する。
【００４３】
その後、合成回路５１の出力は、Ａ／Ｄ変換器６１によってディジタル信号に変換され、ＤＦＴ７１によってフーリエ変換され周波数軸上の各キャリア信号が取り出される。さらに、ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ８１並びに復号処理する復号器９１が装備されている。
【００４４】
信号処理部１０１は、ＤＦＴ７１によって取り出された各キャリア信号を信号処理する。そして、スイッチング制御部１０２は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定し、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌへ指示信号を出力する。
【００４５】
信号処理部１０１は及びスイッチング制御部１０２は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定する。これは、言い換えれば、キャリア信号に基づいて、直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すようなスイッチ動作の組み合わせを推定することに相当する。
【００４６】
あるいは、受信電力の落ち込みが小さくなるように、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。送信機側からは通常基準位相のみを送るパイロット・キャリアが送られている。したがって、ＯＦＤＭ受信装置側では、パイロット・キャリアを好適に得られるように、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。
【００４７】
本実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図２には、直接波と遅延波の電力比が１：１の場合の周波数帯域と伝達関数の関係を示している。
【００４９】
第１波と第２波が１／Δｆの遅延量を以って受信装置に到来した場合、図示の通り、伝達関数は多くの周波数大域に対して大きな落ち込みを見せる。
【００５０】
また、図３には、直接波と遅延波の電力比が１：０．５の場合の周波数帯域と伝達関数の関係を示している。
【００５１】
この場合、第２波が打ち消されて周波数方向の信号の落ち込みが改善されている。直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すように、ＳＰＤＴスイッチＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定することにより、バースト誤りを防ぎ、インターリーブ及び誤り訂正符号の効果を発揮させることができる。
【００５２】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善することができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうことができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果を説明するための図である。
【図３】本発明に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果を説明するための図である。
【図４】マルチパス路におけるＯＦＤＭ信号の周波数特性を示した図である。
【図５】ＩＥＥＥ８０２．１１ａ用のアレーアンテナを用いたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示した図である。
【図６】ＯＦＤＭ受信機における選択合成の原理（従来技術）を説明するための図である。
【図７】ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するように構成されたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示した図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｌ…アンテナ
２−１〜２−Ｌ…ＲＦ及びＩＦ回路
３−１〜３−Ｌ…Ａ／Ｄ変換器
４−１〜４〜Ｌ…ＤＦＴ
５…選択合成部
６…デインターリーバ
７…復号器
９…サブキャリア振幅計測回路
１３−１〜１３−Ｌ…アナログ位相シフタ
１４…合成回路
１５…Ａ／Ｄ変換器
１６…ＤＦＴ
３１−１〜３１−Ｌ…遅延回路
４１−１〜４１−Ｌ…ＳＰＤＴスイッチ
５１…合成回路
６１…Ａ／Ｄ変換器
７１…ＤＦＴ（ディジタル・フーリエ変換部）
８１…デインターリーバ
９１…復号器
１０１…信号処理部
１０２…スイッチング制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されたＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式の受信装置に係り、特に、ダイバーシティ受信を行なうことによりにより２波目以降の遅延波を打ち消す又は弱めるようなチャネル特性を得るＯＦＤＭ受信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善するＯＦＤＭ受信装置に係り、特に、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうＯＦＤＭ受信装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、携帯電話や車載電話など移動通信の普及と需要が目覚しく進展している。今や誰もが移動通信機器を使用し、社会生活上の必需品として認知されつつある。ところが、移動伝搬環境で無線伝送を行なう場合、フェージングによる伝送品質の劣化が特に問題となる。
【０００４】
無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として「ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式」が期待されている。ＯＦＤＭ方式とは、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式の一種で、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。
【０００５】
ＯＦＤＭ方式における情報伝送の一例は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。
【０００６】
例えば、各キャリアはＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を行なうとして情報伝送速度の２５６分の１のシンボル周期でシリアル／パラレル変換するとキャリア総数は２５６となり、逆ＦＦＴは２５６キャリアについて行なうことになる。復調はこの逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各キャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生するといったことで行なわれる。
【０００７】
ＯＦＤＭ伝送方式は、遅延波があっても良好な伝送特性を有することが実験で確かめられている。例えば、無線ＬＡＮの規格として当業界において広く知られているＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、５ＧＨｚ帯でＯＦＤＭ方式を用い、伝送速度最大５４Ｍｂｐｓを可能にしている。
【０００８】
ＯＦＤＭ方式による伝送は、同じ伝送容量のシングルキャリア伝送方式に比べ、１シンボル周期が長くなるので、到来波の遅延時間差が大きなマルチパス・フェージングや選択性フェージングに対する耐フェージング特性が強いという特徴がある。しかしながら、各到来波の遅延時間差が比較的小さなフラット・フェージングに対する耐フェージング特性は強いとは言い難い。
【０００９】
図４には、マルチパス路におけるＯＦＤＭ信号の周波数特性を示している。第１到来波（例えば直接波などの所望波）に対して振幅ρ、遅延τの第２遅延波（反射波などの干渉波）が受信される通信路においては、ＯＦＤＭ信号の周波数特性は、周波数差１／τ毎に１−ρの信号振幅となる。特に、インターリーバのサイズＭ×Ｎ、キャリア間隔Δｆｃのとき、Ｍ／τ＝Δｆｃ若しくはＮ／τ＝Δｆｃが成り立つ場合には、受信側においてデインターリーブ後の符号シンボルの振幅が連続して落ち込み、バースト的な誤りを起こす。
【００１０】
このような受信信号振幅が落ち込むキャリアにおいては、信号間の相関が小さくなるように配置された複数のアンテナで受信した信号を用いる「ダイバーシティ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）受信」が有効であることが知られている。
【００１１】
図５には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ用のアレーアンテナを用いたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示している（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【００１２】
各アンテナ１−１〜１−Ｌで受信された各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応するＡ／Ｄ変換器３−１〜３−Ｌによってディジタル信号に変換される。さらに、時間軸の各ディジタル信号をＤＦＴ（ディジタル・フーリエ変換部）４−１〜４〜Ｌによってフーリエ変換して周波数軸上の各キャリア信号として取り出す。
【００１３】
選択合成部５は、アンテナ１、ＲＦ及びＩＦ回路２、Ａ／Ｄ変換器３、及びＤＦＴ４からなる各受信系統で受信された信号のキャリアの電力を比較し、例えばその最大のものを選択して取り出す。その後、選択されたキャリアは、デインターリーバ６においてデインターリーブされ、復号器７において復号され、元の送信情報に復元される。
【００１４】
図６には、選択合成の原理を図解している。但し、説明の簡素化のため、アレーアンテナのアンテナ本数（すなわち受信系統の個数）は２とする。
【００１５】
同図には、アンテナ１−１及びアンテナ１−２で受信された信号の各キャリアの電力が示されている。周波数ｆ１、ｆ４、ｆ５で伝送された各信号に関しては、アンテナ１−１で受信された信号の方が受信電力が大きく、また、周波数ｆ２、ｆ４で伝送された各信号に関しては他方のアンテナ１−２で受信された信号の方が受信電力が大きい。
【００１６】
このような場合、選択合成部５では、周波数ｆ１、ｆ４、ｆ５ではアンテナ１−１で受信された信号を選択するが、周波数ｆ２、ｆ４ではアンテナ１−２で受信された信号を選択する。このような操作によって、各キャリアのＳＮ比を改善する。
【００１７】
しかしながら、図５に示すような選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信機の構成の場合、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要があり、回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題を招来する。
【００１８】
これに対し、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するという方法が考案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照のこと）。
【００１９】
図７には、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するように構成されたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示している。
【００２０】
同図において、各アンテナ１−１〜１−Ｌで受信された各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応するアナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌに入力される。各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌでは、サブキャリア振幅計測回路９から指示される移相量だけ位相をシフトすることにより受信信号の周波数特性を補正する。そして、合成回路１４は、各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌの出力を合成する。
【００２１】
その後、合成回路１４の出力は、Ａ／Ｄ変換器１５によってディジタル信号に変換され、ＤＦＴ１６によってフーリエ変換され周波数軸上の各キャリア信号が取り出される。さらに、ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ１７並びに復号処理する復号器１８が装備されている。
【００２２】
サブキャリア振幅計測回路９は、取り出された各サブキャリア信号を基に、各アナログ位相シフタ１３−１〜１３−Ｌにおける位相シフト量を制御する。例えば、アナログ信号を合成し直接波と遅延派の受信電力比１：ρの比率を変化させる。
【００２３】
図７に示すような、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するというＯＦＤＭ受信機の構成によれば、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要はなくなるが、各アンテナ素子にアナログ位相シフタ１３を配設する必要が生じる。このため、アナログ回路規模の増加や、アナログ位相シフタの安定性の問題がある。
【００２４】
【特許文献１】
特開平１０−２１００９９号公報、図１
【特許文献２】
特開２００１−１６０７０８号公報、図１
【非特許文献１】
松本洋一、望月伸晃、梅比良正弘共著「ＴＤＭＡ−ＴＤＤ広帯域移動無線通信システム用ＯＦＤＭサブチャネル空間合成送信ダバーシチ」（電気情報通信学会技術報告，Ｒｃｓ９７−２０９）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ダイバーシティ受信を行なうことによりにより２波目以降の遅延波を打ち消す又は弱めるようなチャネル特性を得ることができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善することができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうことができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のＯＦＤＭ（直交周波数多重分割）受信信号を選択的に使用するＯＦＤＭ受信装置であって、
受信アンテナと、該受信アンテナを介して受信した信号をＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートするＲＦ部と、該ダウンコンバートされたベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路部と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力する選択部をそれぞれ含む複数の受信系統と、
各受信系統からの出力を合成する合成部と、
前記合成部の出力信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変換するディジタル変換部と、
前記ディジタル変換部により変換されたディジタル信号をフーリエ変換して周波数軸上の各キャリア信号として取り出すフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部により取り出された各キャリア信号に基づいて前記の各受信系統の前記選択部における選択動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置である。ここで、前記ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ並びに復号処理する復号器をさらに備えていてもよい。
【００２９】
無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式の一種であるＯＦＤＭ方式が期待されている。ＯＦＤＭ方式における情報伝送の一例は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。
【００３０】
ＯＦＤＭ方式による伝送は、同じ伝送容量のシングル・キャリア伝送方式に比べ、１シンボル周期が長くなるので、到来波の遅延時間差が大きなマルチパス・フェージングや選択性フェージングに対する耐フェージング特性が強い。一方、各到来波の遅延時間差が比較的小さなフラット・フェージングに対する耐フェージング特性は強いとは言い難い。
【００３１】
フラット・フェージングに対する有効な対策としては、信号間の相関が小さくなるように配置された複数のアンテナで受信した信号を用いるダイバーシティ受信が有効であることが知られている。
【００３２】
しかしながら、従来の選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信機の構成の場合、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要があり、回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題がある。
【００３３】
また、ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するというＯＦＤＭ受信機構成によれば、各アンテナ素子毎にＡ／Ｄ変換器及びＤＦＴを装備する必要はなくなるが、各アンテナ素子にアナログ位相シフタ１３を配設する必要が生じる。このため、アナログ回路規模の増加や、アナログ位相シフタの安定性の問題がある。
【００３４】
そこで、本発明では、各アンテナ素子毎に、ベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力するスイッチ回路を設け、信号処理されたキャリア信号に基づいて各スイッチ回路のオン／オフの組み合わせを決定するという簡素の回路構成により、選択ダイバーシティ型のＯＦＤＭ受信装置を構成した。
【００３５】
したがって、本発明によれば、ＯＦＤＭ受信装置における回路規模の増大、これに伴う消費電力の増加、製造コストの増大といった問題を解決することができる。また、各アンテナ素子の受信信号に対して固定的な遅延を与えるので、アナログ回路規模の増加や、遅延量の可変制御のためのアナログ位相シフタの安定性といった問題を解消することができる。
【００３６】
ここで、制御部は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるスイッチ動作の組み合わせを決定するようにすればよい。これは、言い換えれば、キャリア信号に基づいて、直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すようなスイッチ動作の組み合わせを推定することに相当する。
【００３７】
あるいは、受信電力の落ち込みが小さくなるように、各受信系統のスイッチのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。送信機側からは通常基準位相のみを送るパイロット・キャリアが送られている。したがって、ＯＦＤＭ受信装置側では、パイロット・キャリアを好適に得られるように、各受信系統のスイッチのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。
【００３８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４０】
図１には、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示している。
【００４１】
各アンテナ１−１〜１−Ｌでは、それぞれ異なる指向性を以ってＯＦＤＭ伝送信号が受信される。そして、各受信信号は、それぞれ対応するＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−ＬによってＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートされる。
【００４２】
次いで、ダウンコンバートされた各ベースバンド信号は、それぞれ対応する遅延回路３１−１〜３１−Ｌに入力され、固定的な遅延量が与えられる。そして、後続のＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ４１−１〜４１−Ｌは、ＲＦ及びＩＦ回路２−１〜２−Ｌの出力端子、又は遅延回路３１−１〜３１−Ｌの出力端子を選択的に合成回路５１に接続する。そして、合成回路５１は、これら各受信系統からの出力信号を合成する。
【００４３】
その後、合成回路５１の出力は、Ａ／Ｄ変換器６１によってディジタル信号に変換され、ＤＦＴ７１によってフーリエ変換され周波数軸上の各キャリア信号が取り出される。さらに、ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ８１並びに復号処理する復号器９１が装備されている。
【００４４】
信号処理部１０１は、ＤＦＴ７１によって取り出された各キャリア信号を信号処理する。そして、スイッチング制御部１０２は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定し、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌへ指示信号を出力する。
【００４５】
信号処理部１０１は及びスイッチング制御部１０２は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統におけるＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定する。これは、言い換えれば、キャリア信号に基づいて、直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すようなスイッチ動作の組み合わせを推定することに相当する。
【００４６】
あるいは、受信電力の落ち込みが小さくなるように、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。送信機側からは通常基準位相のみを送るパイロット・キャリアが送られている。したがって、ＯＦＤＭ受信装置側では、パイロット・キャリアを好適に得られるように、ＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定するようにすればよい。
【００４７】
本実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図２には、直接波と遅延波の電力比が１：１の場合の周波数帯域と伝達関数の関係を示している。
【００４９】
第１波と第２波が１／Δｆの遅延量を以って受信装置に到来した場合、図示の通り、伝達関数は多くの周波数大域に対して大きな落ち込みを見せる。
【００５０】
また、図３には、直接波と遅延波の電力比が１：０．５の場合の周波数帯域と伝達関数の関係を示している。
【００５１】
この場合、第２波が打ち消されて周波数方向の信号の落ち込みが改善されている。直接波と遅延波の受信信号電力が一定量以上の違いを示すように、ＳＰＤＴスイッチＳＰＤＴスイッチ４１−１〜４１−Ｌのオン／オフの組み合わせを決定することにより、バースト誤りを防ぎ、インターリーブ及び誤り訂正符号の効果を発揮させることができる。
【００５２】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ合成して通信路における周波数特性を改善することができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、比較的小さな回路規模により構成され、低消費電力でダイバーシティ受信を効率的に行なうことができる、優れたＯＦＤＭ受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果を説明するための図である。
【図３】本発明に係るＯＦＤＭ受信装置の遅延合成の効果を説明するための図である。
【図４】マルチパス路におけるＯＦＤＭ信号の周波数特性を示した図である。
【図５】ＩＥＥＥ８０２．１１ａ用のアレーアンテナを用いたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示した図である。
【図６】ＯＦＤＭ受信機における選択合成の原理（従来技術）を説明するための図である。
【図７】ＲＦ及びＩＦ回路通過後のベースバンド信号をアナログ的に合成した後、これら合成した信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換するように構成されたＯＦＤＭ受信機の構成例（従来例）を示した図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｌ…アンテナ
２−１〜２−Ｌ…ＲＦ及びＩＦ回路
３−１〜３−Ｌ…Ａ／Ｄ変換器
４−１〜４〜Ｌ…ＤＦＴ
５…選択合成部
６…デインターリーバ
７…復号器
９…サブキャリア振幅計測回路
１３−１〜１３−Ｌ…アナログ位相シフタ
１４…合成回路
１５…Ａ／Ｄ変換器
１６…ＤＦＴ
３１−１〜３１−Ｌ…遅延回路
４１−１〜４１−Ｌ…ＳＰＤＴスイッチ
５１…合成回路
６１…Ａ／Ｄ変換器
７１…ＤＦＴ（ディジタル・フーリエ変換部）
８１…デインターリーバ
９１…復号器
１０１…信号処理部
１０２…スイッチング制御部
Claims (7)
- 複数のＯＦＤＭ（直交周波数多重分割）受信信号を選択的に使用するＯＦＤＭ受信装置であって、
受信アンテナと、該受信アンテナを介して受信した信号をＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートするＲＦ部と、該ダウンコンバートされたベースバンド信号に対し固定的な遅延量を与える遅延回路部と、ベースバンド信号又は前記固定的な遅延量が与えられたベースバンド信号のいずれか一方を選択的に出力する選択部をそれぞれ含む複数の受信系統と、
各受信系統からの出力を合成する合成部と、
前記合成部の出力信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変換するディジタル変換部と、
前記ディジタル変換部により変換されたディジタル信号をフーリエ変換して周波数軸上の各キャリア信号として取り出すフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部により取り出された各キャリア信号に基づいて、前記の各受信系統の前記選択部における選択動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。 - 前記ディジタル変換部が出力するディジタル信号をデインターリーブ処理するデインターリーバ並びに復号処理する復号器をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。 - 前記制御部は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統の選択部における選択動作の組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。 - 前記制御部は、第２波以降の遅延波を打ち消すように、各受信系統の選択部における選択動作の組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。 - 前記制御部は、前記フーリエ変換部により取り出された各サブキャリアの電力が強くなるように、各受信系統の選択部における選択動作の組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。 - 前記制御部は、受信電力の落ち込みが小さくなるように、各受信系統の選択部における選択動作の組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。 - 送信機側からは基準位相のみを送るパイロット・キャリアが送られており、
前記制御部は、パイロット・キャリアを好適に得られるように、各受信系統の選択部における選択動作の組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003065375A JP2004274604A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Ｏｆｄｍ受信装置 |
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| JP2003065375A JP2004274604A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Ｏｆｄｍ受信装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009516420A (ja) * | 2005-11-14 | 2009-04-16 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 帯域幅可変受信機 |
-
2003
- 2003-03-11 JP JP2003065375A patent/JP2004274604A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009516420A (ja) * | 2005-11-14 | 2009-04-16 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 帯域幅可変受信機 |
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