JP2005027259A - マルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成する。
【解決手段】 送信側では、有効シンボル長の両端の微小時間分だけの繰り返し信号を有効シンボルの反対側にコピーし、その後はシンボル間干渉を除去するためにガード・インターバル時間分のヌル信号を挿入する。さらに送信信号に窓関数を掛けて波形整形を施す。窓関数の値は、有効シンボル長だけずらした窓関数の値との和が常に一定値となるように設定し、送信シンボルのエネルギが窓関数を掛ける前の有効シンボル長分のエネルギよりも大きくならないようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、室内などの直接波以外に複数の反射波・遅延波が伝搬されるマルチパス環境で適用される無線通信システム、受信装置、並びに送信装置に係り、特に、遅延ひずみ対策のために送信データを周波数の異なる複数のキャリヤに分配してマルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、シンボル間干渉をなくすために送信シンボル間にガード・インターバルを設けてマルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法に係り、特に、帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成してマルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法に関する。

コンピュータの高機能化に伴い、複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成し、ファイルやデータなどの情報の共有化や、あるいはプリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータの転送などの情報の交換をしたりすることが盛んに行なわれている。

従来のＬＡＮでは、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて、有線で各コンピュータが接続されている。ところが、このような有線によるＬＡＮでは、接続のための工事が必要であり、手軽にＬＡＮを構築することが難しいとともに、ケーブルが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便であった。

そこで、従来の有線方式によるＬＡＮの配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。この種の無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。

近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。

ところで、室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成される。マルチパスにより遅延ひずみ（又は、周波数選択性フェージング）が生じ、通信に誤りが引き起こされる。そして、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じる。

遅延ひずみ対策の１つとして、マルチキャリヤ（多重搬送波）伝送方式を挙げることができる。マルチキャリヤ伝送方式では、送信データを周波数の異なる複数のキャリヤに分配して伝送するので、各キャリヤの帯域が狭帯域となり、周波数選択性フェージングの影響を受け難くなる。

例えば、無線ＬＡＮ規格の１つであるＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、マルチキャリヤ伝送方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式を採用している。ＯＦＤＭ方式では、各キャリヤがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリヤの周波数が設定されている。情報伝送時には、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ヤに割り当ててキャリヤ毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数キャリヤについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリヤ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。また、受信時はこの逆の操作、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ヤについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行い、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。

ＯＦＤＭ伝送方式は、複数の直交するサブキャリヤを用いることでシンボル長を長くすることが可能であり、マルチパスに強い方式である．しかし、マルチパス成分があると、遅延波が次のシンボルにかかり、シンボル間干渉が生じるという問題がある。また、サブキャリヤ間の干渉（キャリヤ間干渉）も生じるため受信特性が劣化する。

これに対し、送信シンボル間にガード・インターバルを設け、シンボル間干渉をなくすという方法が従来から用いられている。すなわち、所定のガード・インターバル・サイズ、ガード・バンド・サイズ、及びタイミングに従って、ガード・インターバルやガード・バンドなどのガード信号を送信シンボル毎に挿入する。

また、ガード信号として送信信号の一部を繰り返し伝送することが一般的に行なわれている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。このようにガード・インターバル区間に繰り返し信号を挿入することによって、ガード・インターバル・サイズ以下のマルチパス伝搬（多重反射電波伝搬）を吸収して、サブキャリヤ間の干渉を除去し、受信品質の致命的な劣化を防止することができる。また、ガード・インターバルに繰り返し信号を用いることで、シンボル・タイミングや周波数の同期が行なうことができるなどの利点もある。逆に、ガード・インターバルに繰り返し信号を挿入しない場合、ビット・エラー率が低下してしまう（例えば、非特許文献２を参照のこと）。

ここで、無線伝送においては信号帯域外の放射電力が大きくなると、その帯域を使うチャネルや他のシステムにとっては大きな干渉となってしまうという問題がある。

ＯＦＤＭ伝送においては、帯域外放射を抑えるために、フィルタや、時間軸上の信号に窓関数を掛ける方法などが用いられている。後者の窓関数の一例として、シンボルの両端をコサイン（余弦）波形で減衰させる方法がある（例えば、非特許文献３を参照のこと）。しかしながら、これらの帯域制限によって送信シンボルのエネルギの一部が失われる。また、ガード・インターバル区間をヌル信号で構成するマルチキャリヤ伝送では、繰り返し信号のような余分なエネルギを送信していないため、窓関数を掛けると、有効シンボルの両端が減衰する結果、受信シンボルのエネルギが少なくなるという問題が生じる。

塩見正外著「ディジタル放送」（株式会社オーム社、１９９８） Ｒ．Ｍｏｒｒｉｓｏｎ外著"Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ ａ Ｃｙｃｌｉｃ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｉｎ ＯＦＤＭ"（０−７８０３−７００５−８／＄１０．００ ＩＥＥＥ，２００１） Ｓ．Ｂ．Ｗｅｉｎｓｔｅｉｎ著"Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ"（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ． ＣＯＭ−１９， ＮＯ．５， ＯＣＴＯＢＥＲ １９７１）

本発明の目的は、シンボル間干渉をなくすために送信シンボル間にガード・インターバルを設けてマルチキャリヤ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成してマルチキャリヤ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、マルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システムであって、
送信側では、送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入した後に窓関数を掛け、
受信側では、受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する、
ことを特徴とする無線通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

前記送信側では有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を送信信号に掛けるようにする。窓関数は有効シンボルの両端をそれぞれ中心として減衰するように設定され、例えばコサイン・ロールオフ特性を持たせる。

また、前記受信側では、受信信号の有効シンボルから前後にはみ出した信号成分をそれぞれ反対側の有効シンボル部分に加算することにより、有効シンボルの両端の波形を整形する。

ＯＦＤＭのようなマルチキャリヤ伝送方式では、マルチパス環境下におけるシンボル間干渉の問題を解消するために、一般に、送信シンボル間にガード・インターバルを挿入するようになっている。

ガード・インターバル区間に送信信号の一部からなる繰り返し信号を挿入することによって、ガード・インターバル・サイズ以下のマルチパス伝搬を吸収し、サブキャリヤ間の干渉を除去し、受信品質の致命的な劣化を防止することができる。他方、ガード・インターバル区間に繰り返し信号を挿入した場合、このような繰り返し部分は受信機において取り除かれるため、送信電力ロスが大きくなるという欠点がある。

これに対し、繰り返し信号に代えてヌル信号をガード・インターバルに挿入することにより、信号帯域における単位周波数当たりの送信電力を抑えることができるが、このままでは信号帯域外の放射電力が大きくなり、その帯域を使うチャネルや他のシステムにとっては大きな干渉となってしまう。

そこで、本発明では、送信側において帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成して信号伝送を行なうようにした。より具体的には、有効シンボル長の前後の両端の微小時間分だけの繰り返し信号を有効シンボルの反対側にコピーし、その後はシンボル間干渉を除去するためにガード・インターバル時間分のヌル信号を挿入する。そして、ガード・インターバル挿入後の送信信号に対して窓関数を掛けることによって、波形整形を施す。但し、窓関数の値は、有効シンボル長だけずらした窓関数の値との和が常に一定値となるように設定する。このように設定することで、送信シンボルのエネルギは、窓関数を掛ける前の有効シンボル長分のエネルギよりも大きくならない。

送信側では有効シンボルの両端をそれぞれ中心として減衰するように窓関数が設定されているため、有効シンボル内の送信エネルギも減少する。また、送信シンボルの総エネルギは、繰り返し信号を付加する前の有効シンボル内の送信エネルギ以下となる。

また、受信側では、この送信エネルギの減少分は受信機側で補償する。より具体的には、有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して、有効シンボルの先頭並びに末尾の信号成分に対して波形整形を施す。波形整形の一例として、有効シンボルから前後にはみ出した信号成分をそれぞれ有効シンボルの反対側の部分に加算する。このとき、はみ出した信号成分のうち繰り返し信号部分は同相で加算されるため、送信側の窓関数で減衰した信号エネルギは復元される。また、遅延波成分は有効シンボル内で連続となり、この結果、サブキャリヤ間干渉がなくなる。

したがって、本発明によれば、マルチキャリヤ伝送において、送信側で繰り返し信号を有効シンボルの前後に付加した後に最小限の窓関数を掛けることで、高調波が制限され、送信シンボル・エネルギを増加させずに帯域外放射電力を低減することができる。

また、受信側では、有効シンボル部分からはみ出した信号成分を反対側の有効シンボル部分に加算することで、窓関数による信号エネルギの減少を防ぎ、且つ、遅延波によるサブキャリヤ間干渉の発生を防ぐことができる。

また、受信側では、波形整形の前処理として、各受信サンプル点における平均ＳＮ比に対して単調増加する値となる係数を受信シンボルに乗算することにより、受信シンボルのＳＮ比を向上させることができる。

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。

本発明によれば、帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成してマルチキャリヤ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、送信装置及び送信方法、並びに受信装置及び受信方法を提供することができる。

本発明によれば、マルチキャリヤ伝送において、送信側で繰り返し信号を有効シンボルの前後に付加した後に最小限の窓関数を掛けることで、送信シンボル・エネルギを増加させずに帯域外放射電力を低減することができる。

また、受信側では、有効シンボル部分からはみ出した信号成分を反対側の有効シンボル部分に加算することで、窓関数による信号エネルギの減少を防ぎ、且つ、遅延波によるサブキャリヤ間干渉の発生を防ぐことができる。

また、受信側で波形整形の前処理として、受信シンボルに、サンプル毎の平均受信ＳＮ比に応じた係数を掛けることで、受信シンボルのＳＮ比を向上させることができる。

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。

本発明は、無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として期待されているＯＦＤＭ方式を採用した通信システムに関する。ＯＦＤＭ方式は、マルチキャリヤ伝送方式の一種で、各キャリヤがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリヤの周波数が設定される。高速信号を多数のサブキャリヤに分割して送信する結果、サブキャリヤ単体での伝送速度は低速になるため、遅延波の干渉に対して強くなる。

ＯＦＤＭ伝送方式では、マルチパス環境下におけるシンボル間干渉の問題を解消するために、送信シンボル間にガード・インターバルを設け、所定のガード・インターバル・サイズ、ガード・バンド・サイズ、及びタイミングに従って、ガード・インターバルやガード・バンドなどのガード信号を送信シンボル毎に挿入するようになっている。

ガード・インターバル区間に送信信号の一部を繰り返し伝送することが一般的に行なわれている。ガード・インターバル区間に繰り返し信号を挿入することで、ガード・インターバル・サイズ以下のマルチパス伝搬を吸収し、サブキャリヤ間の干渉を除去し、受信品質の致命的な劣化を防止することができる。また、ガード・インターバルに繰り返し信号を用いることで、シンボル・タイミングや周波数の同期が行なうことができるなどの利点もある。

他方、ガード・インターバル区間に繰り返し信号を挿入した場合、このような繰り返し部分は受信機において取り除かれるため、言い換えれば受信機において信号電力として寄与しない。したがって、繰り返し信号を挿入することで送信電力が大きくなるという欠点がある。

また、繰り返し信号の挿入により送信シンボル長が長くなるため、送信信号ではキャリヤ間干渉が生じるという問題が起きる。このキャリヤ間干渉によって単位周波数当たりの送信電力が高くなる。単位周波数当たりの送信電力に法律によって制限がある場合には、この分だけ送信電力を下げる必要があり、ＳＮ比の劣化につながる。

これに対し、送信電力の節減のために、繰り返し信号に代えてヌル信号をガード・インターバルに挿入するということも考えられる。ガード・インターバル区間がヌル信号で構成されるマルチキャリヤ伝送では、送信信号にキャリヤ間干渉が生じない。したがって、ガード・インターバルに繰り返し信号を用いるマルチキャリヤ伝送に比べて、信号帯域における単位周波数当たりの送信電力を抑えることができる。しかしながら、このままでは信号帯域外の放射電力が大きくなり、その帯域を使うチャネルや他のシステムにとっては大きな干渉となってしまう。

そこで、本発明では、送信側では帯域外放射を抑制するとともに送信電力ロスが少なくなるようにガード・インターバル区間を構成して信号伝送を行ない、受信側では信号エネルギの減少を防ぎ、且つ、遅延波によるキャリヤ間干渉の発生を防ぐように信号の受信処理を行なう。

図１には、本発明の実施に供されるＯＦＤＭ送信装置の機能構成を模式的に示している。同図に示すように、ＯＦＤＭ送信装置は、符号器１１と、変調器１２と、シリアル・パラレル変換器１３と、ＩＦＦＴ１４と、ガード・インターバル挿入部１５と、波形整形部１６と、パラレル・シリアル変換器１７とを備えている。

符号器１１は、送信データを誤り訂正符号で符号化する。変調部１２は、送信データを入力すると、送信制御部１０９から供給される変調情報とタイミングに従って、例えばＱＰＳＫ方式により変調を行なう。ここで、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）は、デジタル変調方式としての位相変調方式の１つであり、０相に（０，０）、π／２相に（０，１）、π相に（１，０）、３／π相に（１，１）を対応させて伝送する。

送信データの変調処理を行なった時点で、パイロット・シンボル挿入パターン並びにタイミングに従って、既知のデータ系列をパイロット・シンボルとして変調シンボル系列に挿入するようにしてもよい。サブキャリヤ毎あるいはサブキャリヤ数本の間隔で、既知パターンからなるパイロット信号が挿入される。

シリアル・パラレル変換器１３は、変調されたシリアル形式の信号を、並列キャリヤ数並びにタイミングに従って、並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換してまとめる。

ＩＦＦＴ１４では、所定のＦＦＴサイズ並びにタイミングに従ってＦＦＴサイズ分の逆フーリエ変換を行なう。

ガード・インターバル挿入部１５は、シンボル間干渉の除去のため、１ＯＦＤＭシンボルの前後にガード・インターバル区間を設ける。ガード・インターバルの時間幅は、伝搬路の状況、すなわち復調に影響を及ぼす遅延波の最大遅延時間によって決定される（遅延時間はガード・インターバル内に収まる）。本実施形態では、ガード・インターバル区間には繰り返し信号又はヌル信号が挿入される。ガード・インターバルは、ＯＦＤＭシンボルの前後のいずれか一方だけでも良い。ガード・インターバル区間の構成の詳細については後述する。

波形整形部１６は、ガード・インターバルが挿入された信号の両端（又は一端）の波形を整形する。例えば所定の窓関数を掛けるなどの波形整形によって、帯域外放射電力が低減される。波形整形処理の詳細については後述に譲る。

最後に、パラレル・シリアル変換器１７において直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して、送信信号とする。

図２には、送信信号の構成を模式的に示している。図示の通り、ＯＦＤＭシンボルの１シンボル毎に、ガード・インターバル挿入部１５によってガード・インターバルが挿入されている。ＩＦＦＴで逆フーリエ変換された信号は、同図の有効シンボル長Ｔ_gに存在するものとする。有効シンボル長の前後それぞれの端部におけるＴ_r時間分の信号を有効シンボルの反対側にコピーする。これを繰り返し信号と呼ぶことにする。その後、シンボル間干渉を除去するためにガード・インターバルＴ_g時間分のヌル信号を挿入する。なお、繰り返し信号及びガード・インターバルは、図示のように有効シンボルの前後に挿入される他、前後のいずれか一方に挿入される。

ここで、シンボルの両端にコピーされる繰り返し信号の時間部分Ｔ_rを０にすると、ガード・インターバルはすべてヌル信号で構成されることになる。繰り返し信号は送信電力ロスとなることから、Ｔ_rは短い方がよいと思料される。これに対し、ガード・インターバル区間をすべてヌル信号で構成したままにすると、信号帯域外の放射電力が大きくなる。

以上により、シンボル長Ｔ_sは次式で表される（但し、繰り返し信号が有効シンボル長の両端にコピーされる場合）。

波形整形部１６は、信号帯域外の放射電力を抑制するために、ガード・インターバル挿入後の送信信号に対して波形整形を施す。本実施形態では、窓関数と呼ばれる関数を掛けることによって波形を整形する。

図３には、波形整形された送信信号の一例を示している。図示の例では、窓関数の一例として、シンボルの両端をコサイン波形で減衰させている。コサイン波形を使用する利点として、キャリヤ間干渉を除去できることや送信電力ロスが小さいことなどが挙げられる。

窓関数の値は、有効シンボル長だけずらした窓関数の値との和が常に一定値となるように設定する。このように設定することで、送信シンボルのエネルギは、窓関数を掛ける前の有効シンボル長分のエネルギよりも大きくならない。なお、窓関数の値を、有効シンボル部分を１でその他の部分を０に設定すると、繰り返し信号を付加しない、ガード・インターバルにヌル信号を挿入したシンボルとなる。

図３に示したように有効シンボル長の先頭及び末尾から前後のＴ_r時間分にわたって減衰するように窓関数の値を設定すると、高調波が制限され、帯域外放射電力が低減する。

図２に示したように繰り返し信号及びガード・インターバルを挿入したときの窓関数ｇ（ｔ）の一例を下式に示している。次式では、すべてのコサイン・ロールオフ特性となっているため、送信信号のサブキャリヤ間干渉がなく、且つ帯域外放射電力を低減することができる。

ガード・インターバル区間のすべてに繰り返し信号を挿入する従来方式では、受信シンボル・エネルギの低下を防ぐため、有効シンボル部分では減衰しないように窓関数を設定するのが一般的であった。これに対し、本発明に係る方式では、図３に示したように、有効シンボルの両端をそれぞれ中心として減衰するように窓関数が設定されている。したがって、有効シンボル内の送信エネルギも減少する。また、送信シンボルの総エネルギは、繰り返し信号を付加する前の有効シンボル内の送信エネルギ以下となる。この送信エネルギの減少分は受信機側で補償することができるが、この点については後述に譲る。

図４には、本発明の実施に供されるＯＦＤＭ受信装置の機能構成を模式的に示している。同図に示すように、ＯＦＤＭ受信装置は、同期検出部４１と、シリアル・パラレル変換器４２と、波形整形部４３と、ＦＦＴ４４と、パラレル・シリアル変換器４５と、復調器４６と、復号器４７で構成される。

伝搬路でマルチパス・フェーディングを受けた受信信号から、同期検出部４１によって同期タイミングが検出される。同期検出部４１はプリアンブル信号を用いて同期を検出する。

シリアル・パラレル変換器４２は、検出された同期タイミングに従って、シリアル・データとしての受信信号をパラレル・データに変換してまとめる。ここでは、ガード・インターバルまでを含む１ＯＦＤＭシンボル分の信号がまとめられる。

次いで、波形整形部４３では、ガード・インターバルまで含む信号の波形を整形し、有効シンボル分の波形にする。したがって、ガード・インターバルまで含む信号の波形を保持しておく必要がある。波形整形部４３の詳細な動作については後述する。

ＦＦＴ４４によって有効シンボル長分の信号をフーリエ変換し、各サブキャリヤの信号を取り出す。その後、パラレル・シリアル変換器４５によって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換し、復調器４６により例えばＱＰＳＫ復調され、復号器４７によって復号され、受信データとなる。

図５には、波形整形部４３における動作特性を模式的に示している。伝搬路のマルチパスによって、受信シンボルは図示のように歪んだ波形となる。ここで、遅延波の最大遅延時間がガード・インターバルＴ_gを超えないと仮定する。このような場合、遅延波は次のシンボルにかからないため、シンボル間干渉は生じない。しかし、受信シンボルの有効シンボル部分（同図中のガード・インターバルＴ_gの範囲）をそのままＦＦＴ４４への入力とすると、送信時の窓関数及び伝搬路で生じた遅延波の影響によってサブキャリヤ間干渉が生じ、受信特性が大きく劣化する。

そこで、本実施形態では、波形整形部４３は、図５に示すように、受信シンボルの有効シンボル部分からはみ出した信号成分を反対側の有効シンボル部分に加算する。図示のように有効シンボル部分を取った場合は、末尾のＴ_r＋Ｔ_gの部分を有効シンボルの先頭に、先頭のＴ_rの部分を有効シンボルの末尾にそれぞれ加算する。加算後、有効シンボル部分の信号を取り出し、ＦＦＴ４４への入力とする。このとき、繰り返し信号部分は同相で加算されるため、送信側の窓関数で減衰した信号エネルギは復元される。また、遅延波成分は有効シンボル内で連続となるため、サブキャリヤ間干渉がなくなる。

一方、図５にように、有効シンボル部分からはみ出したすべての部分を加算すると、雑音電力が増加するという問題が生じる。

この問題を解決する１つの方法として、送信側における余剰の送信エネルギを活用することが考えられる。この方法について図６を用いて説明する。

すべてのガード・インターバル区間に繰り返し信号を挿入する従来の送信信号では、ガード・インターバル分（同図Ａ）だけ送信エネルギが増加していた。そこで、この余剰エネルギを、本方式におけるヌル信号以外の部分に充当（同図Ｂ）することで、従来方法と同じ送信電力で同じ受信ＳＮ比にすることが可能となる。つまり、送信側の工夫によって、受信側の復号性能に差異がなくなる。

また、問題解決の他の方法として、伝搬路状況に応じて受信ＳＮ比を改善することが考えられる。図７には、伝搬路状況に応じて受信ＳＮ比を改善するＯＦＤＭ受信装置の機能構成を示している。伝搬路推定及び補償部７１が追加されている点で，図４に示した受信機構成図とは相違する。

送信側では、既知パターンで構成されるプリアンブル又はパイロット・シンボルが挿入されている（パイロット・シンボルはサブキャリヤ毎あるいはサブキャリヤ数本の間隔で挿入されている）。伝搬路推定及び補償部７１では、プリアンブル又はパイロット・シンボルの受信信号に基づいて伝搬路を推定し、補償している。ここでは、受信シンボルの各サンプルにおける平均受信ＳＮ比が同時に得られる。波形成形部４３では、この平均受信ＳＮ比を利用して波形整形の前処理を行なう。

図８には、波形整形の前処理を行なう様子を模式的に示している。同図において、受信シンボルは一点鎖線で描かれている。有効シンボルからはみ出した部分をそのまま加算すると、前述したように雑音エネルギも加算されるため、ＳＮ比が劣化する。一方、加算を行なわないと、雑音エネルギは増加しないが、ＦＦＴ４４に入力される有効シンボル部分の信号エネルギが減少し、且つ、サブキャリヤ間干渉が発生する。前者の雑音エネルギは熱雑音などの雑音電力に依存し、後者の２つは信号エネルギに依存する。

そこで、平均受信ＳＮ比が大きいサンプルでは、受信シンボルに１を超えない１に近い係数を掛ける一方、受信ＳＮ比の期待値が小さいサンプルでは、受信シンボルに０より小さくならない０に近い係数を掛けることで、受信ＳＮ比を向上させることが可能となる。同図中の実線が前処理後の受信シンボルである。

図９には、平均受信ＳＮ比と受信シンボルに掛ける係数の関係の一例を示している。同図に示すように、係数は０以上１以下で、平均受信ＳＮ比に対して単調増加する値とする。なお、計算処理の簡略化のために、係数を離散的な値としても良い。係数を離散的な３値とした場合の一例を同図中の一点鎖線で示している。

［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。

図１は、本発明の実施に供されるＯＦＤＭ送信装置の機能構成を模式的に示した図である。 図２は、ガード・インターバルが挿入された送信信号の構成を模式的に示した図である。 図３は、波形整形された送信信号の一例を示した図である。 図４は、本発明の実施に供されるＯＦＤＭ受信装置の機能構成を模式的に示した図である。 図５は、波形整形部４３における動作特性を模式的に示した図である。 図６は、送信側における余剰の送信エネルギを活用することにより有効シンボル部分からはみ出した部分を加算したときの雑音電力の問題を解決する方法を説明するための図である。 図７は、伝搬路状況に応じて受信ＳＮ比を改善するＯＦＤＭ受信装置の機能構成を示した図である。 図８は、波形整形の前処理を行なう様子を模式的に示した図である。 図９は、平均受信ＳＮ比と受信シンボルに掛ける係数の関係の一例を示した図である。

符号の説明

１１…符号器
１２…変調器
１３…シリアル・パラレル変換器
１４…ＩＦＦＴ
１５…ガード・インターバル挿入部
１６…波形整形部
１７…パラレル・シリアル変換器
４１…同期検出部
４２…シリアル・パラレル変換器
４３…波形整形部
４４…ＦＦＴ
４５…パラレル・シリアル変換器
４６…復調器
４７…復号器
７１…伝搬路推定及び補償部

Claims (29)

1. マルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システムであって、
   送信側では、送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入した後に窓関数を掛け、
   受信側では、受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記送信側では有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を送信信号に掛ける、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記窓関数は有効シンボルの前後の各端部をそれぞれ中心として減衰するように設定されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記窓関数はコサイン・ロールオフ特性を持つ、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記受信側では、受信信号の有効シンボルから前後にはみ出した信号成分をそれぞれ反対側の有効シンボル部分に加算することにより波形整形する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記受信側では、受信シンボルに所定の係数を乗算することにより波形整形の前処理を行なう、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記の係数は、０以上１以下で各受信サンプル点における平均ＳＮ比に対して単調増加する値に設定される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
8. マルチキャリヤ信号を送信する送信装置であって、
   送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入した後に、有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を掛けて波形整形を行なう、
   ことを特徴とする送信装置。
9. マルチキャリヤ信号を送信する送信装置であって、
   送信データを符号化・変調する信号処理手段と、
   該変調された信号を並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換するシリアル・パラレル変換手段と、
   該パラレル・データを所定のＦＦＴサイズ並びにタイミングに従ってＦＦＴサイズ分の逆フーリエ変換を行ない、時間軸の信号に変換する逆フーリエ変換手段と、
   送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入するガード・インターバル挿入手段と、
   ガード・インターバルが挿入された送信信号に対して窓関数を掛けて波形整形を行なう波形整形手段と、
   送信信号を直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信信号とするパラレル・シリアル変換手段と、
   を具備することを特徴とする送信装置。
10. 有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を送信信号に掛けて波形整形を行なう、
    ことを特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載の送信装置。
11. 前記窓関数は有効シンボルの両端をそれぞれ中心として減衰するように設定されている、
    ことを特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載の送信装置。
12. 前記窓関数はコサイン・ロールオフ特性を持つ、
    ことを特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載の送信装置。
13. マルチキャリヤ信号を送信する送信方法であって、
    送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入した後に、有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を掛けて波形整形を行なう、
    ことを特徴とする送信方法。
14. マルチキャリヤ信号を送信する送信方法であって、
    送信データを符号化・変調する信号処理ステップと、
    該変調された信号を並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換するシリアル・パラレル変換ステップと、
    該パラレル・データを所定のＦＦＴサイズ並びにタイミングに従ってＦＦＴサイズ分の逆フーリエ変換を行ない、時間軸の信号に変換する逆フーリエ変換ステップと、
    送信信号の有効シンボルの前後又は前後のいずれかに繰り返し信号を付加するとともにヌル信号からなるガード・インターバルを挿入するガード・インターバル挿入ステップと、
    ガード・インターバルが挿入された送信信号に対して窓関数を掛けて波形整形を行なう波形整形ステップと、
    送信信号を直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信信号とするパラレル・シリアル変換ステップと、
    を具備することを特徴とする送信方法。
15. 有効シンボル長だけずらした値との和がすべてほぼ一定値となる窓関数を送信信号に掛けて波形整形を行なう、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４のいずれかに記載の送信方法。
16. 前記窓関数は有効シンボルの前後の各端部をそれぞれ中心として減衰するように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４のいずれかに記載の送信方法。
17. 前記窓関数はコサイン・ロールオフ特性を持つ、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４のいずれかに記載の送信方法。
18. マルチキャリヤ送信信号を受信する受信装置であって、
    受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する、
    ことを特徴とする受信装置。
19. マルチキャリヤ送信信号を受信する受信装置であって、
    受信信号から同期タイミングを検出する同期検出手段と、
    該検出された同期タイミングに従ってシリアルの受信信号を並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換して受信シンボルを得るシリアル・パラレル変換手段と、
    受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する波形整形手段と、
    有効シンボル長分の信号をフーリエ変換し、各サブキャリヤの信号を取り出すフーリエ変換手段と、
    受信信号を直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して受信信号とするパラレル・シリアル変換手段と、
    受信信号を復調・復号処理して受信データを得る信号処理手段と、
    を具備することを特徴とする受信装置。
20. 前記波形整形手段は、受信信号の有効シンボルから前後にはみ出した信号成分をそれぞれ反対側の有効シンボル部分に加算することにより波形整形する、
    ことを特徴とする請求項１８又は１９のいずれかに記載の受信装置。
21. 前記波形整形手段は、受信シンボルに所定の係数を乗算することにより波形整形の前処理を行なう、
    ことを特徴とする請求項１８又は１９のいずれかに記載の受信装置。
22. 前記波形整形手段は、受信シンボルと乗算する係数を０以上１以下で各受信サンプル点における平均ＳＮ比に対して単調増加する値に設定する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の受信装置。
23. 所定の受信信号に基づいて伝搬路の推定並びに補償を行なう伝搬路推定及び補償部をさらに備え、伝搬路推定時において受信シンボルの各サンプルにおける平均受信ＳＮ比を同時に得る、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の受信装置。
24. マルチキャリヤ送信信号を受信する受信方法であって、
    受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する、
    ことを特徴とする受信方法。
25. マルチキャリヤ送信信号を受信する受信方法であって、
    受信信号から同期タイミングを検出する同期検出ステップと、
    該検出された同期タイミングに従ってシリアルの受信信号を並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換して受信シンボルを得るシリアル・パラレル変換ステップと、
    受信信号の有効シンボルからはみ出した信号成分を利用して有効シンボルの先頭及び／又は末尾の信号成分を波形整形する波形整形ステップと、
    有効シンボル長分の信号をフーリエ変換し、各サブキャリヤの信号を取り出すフーリエ変換ステップと、
    受信信号を直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して受信信号とするパラレル・シリアル変換ステップと、
    受信信号を復調・復号処理して受信データを得る信号処理ステップと、
    を具備することを特徴とする受信方法。
26. 前記波形整形ステップでは、受信信号の有効シンボルから前後にはみ出した信号成分をそれぞれ反対側の有効シンボル部分に加算することにより波形整形する、
    ことを特徴とする請求項２４又は２５のいずれかに記載の受信方法。
27. 前記波形整形ステップでは、受信シンボルに所定の係数を乗算することにより波形整形の前処理を行なう、
    ことを特徴とする請求項２４又は２５のいずれかに記載の受信方法。
28. 前記波形整形ステップは、受信シンボルと乗算する係数を０以上１以下で各受信サンプル点における平均ＳＮ比に対して単調増加する値に設定する、
    ことを特徴とする請求項２７に記載の受信方法。
29. 所定の受信信号に基づいて伝搬路の推定並びに補償を行なう伝搬路推定及び補償ステップをさらに備え、伝搬路推定時において受信シンボルの各サンプルにおける平均受信ＳＮ比を同時に得る、
    ことを特徴とする請求項２８に記載の受信方法。

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