JP2005045801A

JP2005045801A - 通信ネットワークにおいてｆｓｋシンボルを検出するｏｆｄｍ受信機及び方法

Info

Publication number: JP2005045801A
Application number: JP2004211675A
Authority: JP
Inventors: Andreas Molisch; アンドレアス・モリッシュ; Yves-Paul Nakache; イブ−ポール・ナカッシュ
Original assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Current assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: US7154956B2; JP4515843B2; US20050018791A1

Abstract

【課題】通信ネットワークにおいてＯＦＤＭ受信機がＦＳＫシンボルを検出する。
【解決手段】ＦＦＴが、受信された周波数ホッピングＦＳＫ信号の時間領域のサンプルを受信するように接続される入力を有する。そのＦＦＴの出力は、周波数領域におけるＦＳＫ信号を表す。その出力は、ＦＳＫ信号の送信機によって割り当てられた所定の周波数に従ってグループ分けされる。出力のグループ毎にエネルギーが求められ、その後、各グループのエネルギーが比較されて、ＦＳＫ信号からデータストリームが再生される。
【選択図】図３

Description

この発明は、包括的に無線通信に関し、より詳細には、超広帯域通信システムにおいてＦＳＫ信号を受信することに関するものである。

ＩＥＥＥ８０２．１５．３ａ標準規格ワーキンググループによって、超広帯域（ＵＷＢ）通信システムの物理層として、複数の実現可能な変調／多重アクセス方式が検討される。その１つがマルチバンド直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）である。

全体として図１に示されるように、ＯＦＤＭ送信機が、Ｋ個の搬送波周波数（「トーン」）１０２上でデータ（ＯＦＤＭシンボルあるいは「ブロック」）１０１を並列に送信する。マルチバンドＯＦＤＭの場合、搬送波周波数は全て１つのバンド内にあることに留意されたい。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１５標準規格ワーキンググループへの１つの提案では、１２８個のトーンが約４ＭＨｚだけ間隔をおいて配置され、約３００ｎｓの持続時間を有する。それらのトーンはそれぞれ４相位相（ＱＰＳＫ）変調される。

実際には、ＯＦＤＭ信号は、ＯＦＤＭ受信機内のダウンコンバージョンのための複数の並列な局部発振器によって復調されるわけでない。むしろ、受信された信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、個々のトーンにおいて受信される信号に等価である。実用的な実施態様では、ＦＦＴは受信された信号のサンプルのブロックにおいて動作する。たとえば、May等著「Orthogonal Frequency Division Multiplexing」（Part IV, Molisch(ed.), Wideband Wireless Digital Communications, Prentice-Hall, pp.309-385, 2001）を参照されたい。ＩＦＦＴは通常、「バタフライ」構造として実施される。van Nee等著「OFDM for Wireless Multimedia Communications」（Artech House, pp. 46-51, January 2000）を参照されたい。

別の、さらに簡易な形の信号方式は、マルチバンド周波数偏移変調（ＦＳＫ）、すなわち各バンド内でのＦＳＫである。ＦＳＫは一般にデータレートが低く、おそらく品質も低いが、ＦＳＫ信号方式は実施するのがはるかに簡単であり、受信機のコストも削減される。

しかしながら、ＯＦＤＭに対する別の信号モードとしてＦＳＫ信号方式を可能にする（結果として、ＯＦＤＭあるいはＦＳＫのいずれかが送信信号として許可される）ことは、標準化された実施態様の場合に欠点をもたらす。この場合には、受信機において、非常に複雑なＯＦＤＭ信号およびそれよりも簡易なＦＳＫ信号の両方を受信することが必要とされる。すなわち、受信機は、２つの異なるタイプの変調器、すなわちＯＦＤＭおよびＦＳＫの両方の変調器を備えなければならない。これは、受信機のコストを増大させる。

コストを大幅に増大させることなく、ＯＦＤＭ送受信機でＦＳＫを受信できるようにすることが望ましい。

通信ネットワークにおいて、ＯＦＤＭ受信機がＦＳＫシンボルを検出する。ＯＦＤＭＦＦＴが、受信された時間ホッピングＦＳＫ信号の時間領域のサンプルを受信するように接続される入力を有する。上記ＦＦＴの出力は周波数領域のＦＳＫ信号を表す。

複数の出力は、ＦＳＫ信号の送信機によって割り当てられた所定の周波数に従ってグループ分けされる。出力のグループ毎にエネルギーが求められ、その後、各グループのエネルギーが比較されて、ＦＳＫ信号からデータストリームが再生される。

本発明は、マルチバンドＦＳＫシンボルを検出することができるＯＦＤＭ受信機を提供する。受信されるＦＳＫシンボルは、簡易で、低コストのＦＳＫ送信機によって、あるいは複雑なＯＦＤＭ送信機によって生成されることができる。言い換えると、本発明によれば、マルチバンドＯＦＤＭ受信機が、マルチバンドＦＳＫシンボルを検出できるようになる。

好ましい実施形態では、図２に示されるように、ＦＳＫシンボル２０１の種々のグループが、広い周波数範囲の、おそらく異なるバンド（バンドＮ、Ｎ−１、Ｎ−２）２０２で受信される。各グループ内のシンボル数は１か、あるいはそれ以上にすることができる。好ましい実施形態では、ＦＳＫシンボルの持続時間Ｔ_ｂは、ＯＦＤＭ受信機が設計されたＯＦＤＭシンボル持続時間以下である。

図３は、ＦＳＫシンボル２００を検出するための本発明によるＯＦＤＭ受信機３００を示す。第１のステップは、送信機において適用された周波数ホッピングを元に戻すことである。これは、受信された信号２００と、その周波数ｆ_Ｃｔが送信機周波数ホッピングパターンに従う局部発振器の出力３１１とを掛け合わせること（３１０）により達成される。これは従来どおりの技法である。

このステップの後に、ベースバンドにおいて、あるいは中間周波数において、信号３１２を得ることができ、その帯域幅は１つのバンドの帯域幅に等しい。サンプリングされたＦＳＫ信号３１２はＯＦＤＭ復調器、たとえばＦＦＴ３２０によって復調される。復調された信号は、３つ以上の場合には、グループ分けされることができ（３２１）、グループ分けされた信号から、送信されたデータストリーム３３１が検出される（３３０）。２つの出力（太線）しか存在しない場合には、そのエネルギーが直に比較されることができる。

ＦＳＫシンボルの検出は種々のパラメータ、たとえば、Ｍ−ａｒｙＦＳＫ信号方式の場合の信号コンスタレーション（種々のシンボルを指示する周波数Ｍの数は重要である）、各ＦＳＫシンボルの持続時間、チャネルの可干渉性帯域幅、ＦＦＴ構造３１０のサイズおよびそのクロック周波数に依存する。これらのパラメータは一般に、ＦＳＫに関連するのではなく、むしろＦＦＴ構造３２０が対象としているＯＦＤＭシンボルに関連する要因によって求められる。

しかしながら、これらの依存は本発明の範囲を限定しない。本発明は、任意のＯＦＤＭ復調器および検出器を用いる任意のＦＳＫ信号の検出に当てはまる。ＦＦＴ３２０の特性を用いることにより、シンボル持続時間を調整することができ、必要に応じて、受信された信号の帯域幅をグループ分けすることができる。

フラットフェージングチャネルにおいて２値ＦＳＫを用いる場合に、ＦＳＫシンボルの持続時間がＴ_ｂである。この事例では、ＯＦＤＭシンボル持続時間をＴ_ｂに設定することにより、２ポイントＦＦＴを用いて信号を検出することができる。２ポイントＦＦＴ、すなわち太線のみの出力は、送信されたデータストリームを表す２周波数サブバンドに対応する。値＋１および−１が復調および検出のために用いられることができる。検出器３３０は、２つのトーンの出力のエネルギーを直に比較する（３３２）。

ＦＳＫシンボルの持続時間Ｔ_ｂが、ＦＦＴ３２０が設計されたＯＦＤＭシンボルの持続時間よりも短い場合には、スイッチあるいはデマルチプレクサを用いて、後続のＦＳＫシンボルを異なる２ポイントＦＦＴに適用することができる。通常のＦＦＴＯＦＤＭ受信機は、より小さなサイズの複数の並列および／または縦続に接続されたＦＦＴステージを備える。それらのステージの組み合わせが、より大きなサイズのＦＦＴの場合に用いられる。ＦＦＴのバタフライ構造を用いて、２値ＦＳＫ信号が復調される。ただし、ＡおよびＢはＭ、たとえば２バンドである。バンドＡは０を符号化し、バンドＢは１を符号化する。Ｍ−ａｒｙＦＳＫが用いられるとき、ＦＦＴのサイズは少なくともＭである。ＡＭおよびＦＳＫ変調された信号の組み合わせを復調することもできる。

そのチャネルが周波数選択性フェージングを示すとき、より大きなサイズのＦＦＴを用いることが有利である。この事例では、各トーンがそのチャネル内で異なる減衰および位相シフトを受けるので、ＯＦＤＭトーンの間隔は、広くてもそのチャネルの可干渉性帯域幅である。この事例では、各サブバンド内にいくつかのトーンが含まれる。

その後、受信機は出力のグループ分けを行い（３３４）、グループ分けされた出力を比較して（３３２）、データストリーム３３１を検出する。合成によって、それらのトーンが合成される前のトーンを線形に重み付けすることができる。その重みは、たとえば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）基準から求められることができる（３３４）。その合成は、トレーニング系列中に集められるチャネルの状態についての情報を利用し、チャネル状態／情報検出処理を同時に実行することができる。別法では、その合成は、非可干渉性あるいは差分可干渉性検出を用いることができる。

本発明は好ましい実施形態によって例示されてきたが、本発明の精神および範囲の中で、他の適応および変更がなされることができることは理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲に入るような、全てのそのような変形および変更を網羅することである。

従来技術のマルチバンドＯＦＤＭ信号の時間−周波数の図である。マルチバンドＦＳＫの時間−周波数の図である。本発明による、ＦＦＴを用いてマルチバンドＦＳＫシンボルを検出するマルチバンドＯＦＤＭ受信機のブロック図である。

Claims

通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機であって、
受信されたＦＳＫ信号の時間領域のサンプルを受信するように接続される１つの入力、及び周波数領域における前記ＦＳＫ信号を表す複数の出力を有するＯＦＤＭ復調器と、
前記複数の出力のエネルギーを求める手段と、
前記ＦＳＫ信号からデータストリームを再生するように、各出力の前記エネルギーを比較する手段と
を備える、通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
前記ＦＳＫ信号の送信機によって割り当てられた所定の周波数に従って前記複数の出力をグループ分けする手段をさらに備え、
前記求めること及び前記比較することは複数の出力の複数のグループにおいて実行される
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
前記ＦＳＫ信号はＯＦＤＭ送信機によって送信される
請求項２記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
ＦＳＫシンボルの持続時間はＯＦＤＭシンボルの持続時間に等しい
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
ＦＳＫシンボルの持続時間はＯＦＤＭシンボルの持続時間未満である
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
前記ＯＦＤＭ復調器の出力の数は２値ＦＳＫの場合に２である
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
前記複数の出力は線形に重み付けされる
請求項２記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
前記重み付けは最小平均二乗誤差基準を用いる
請求項７記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出するＯＦＤＭ受信機。
通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出する方法であって、
受信されたＦＳＫ信号の時間領域のサンプルを受信するように接続される１つの入力、及び周波数領域における前記ＦＳＫ信号を表す複数の出力をＯＦＤＭ復調すること、
前記複数の出力のエネルギーを求めること、並びに
前記ＦＳＫ信号からデータストリームを再生するように、各出力の前記エネルギーを比較すること
を含む、通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを検出する方法。