JP2005260791A - 通信方法、送信方法、受信方法、通信システム、送信装置、受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて、端末局側の回路規模や消費電力を低減しつつキャリアオフセットを抑制する。
【解決手段】移動局５は、ＡＦＣ部を備えておらず、直交復調部５２で復調されデジタル化された復調ＩＱデータを直接に周波数変換部５５に入力する。基地局２の送信処理部１０は、送信ＩＱデータを逆周波数変換した後アナログ信号に変換し、変調処理部７８で変調して送信する。このとき、基地局２は、移動局５からのパケットを受信し、ＡＦＣ部２６で、送信対象の移動局５について、その移動局５の受信処理部５０が持つキャリアオフセット量を検出する。基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するとき、検出したキャリアオフセット量に基づき、オフセット補正部３０の制御の元で、送信する移動局５ごとに移動局５のキャリアオフセット分をキャンセルしてから送信する。移動局５の受信処理部５０は、受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信方法、送信方法、受信方法、通信システム、送信装置、および受信装置に関する。より詳細には、たとえば移動体無線通信などの通信システムにおいて、高周波信号処理部（たとえば復調部）で発生するキャリア周波数のオフセットを補正する技術に関する。

近年、無線通信方式においてデジタル変調方式の開発が盛んである。一般に、デジタル変調信号の送信装置や受信装置には、ＲＦ（Radio frequency ；高周波）部やＩＦ（Intermediate Frequency；中間周波）部が設けられている。たとえば、受信装置では、ＲＦ部およびＩＦ部をアナログ回路で処理した後にＡ／Ｄ変換して、デジタル回路による処理を行なう。

デジタル変調方式としては、たとえば、マルチパス妨害に強い直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex ）変調方式が注目されている（たとえば特許文献１〜４を参照）。

特開平１１−１６８５１６号公報 特開２００１−２４５００７号公報 特開２００２−２０８９７９号公報 特開２００３−２９８４５１号公報

ＯＦＤＭ変調方式は、たとえばＱＰＳＫ（Quardrature Phase Shift Key ；４相位相変調）などの１次変調を行なった送信信号シンボルを、２のｎ乗個まとめて逆フーリエ変換することで、周波数軸上にそれぞれ直交する２のｎ乗本のサブキャリアを構成する変調方式である。

ＯＦＤＭ変調方式を採用した無線通信システムでは、送信側では、送信データをシリアル・パラレル変換し、逆高速離散フーリエ変換（ＩＦＦＴ；Inverse Fast Fourier Transform）を行なうことで、直交する複数のサブキャリアの一括変調を行なう。また、送信側では、このようにＩＦＦＴ処理したフレーム構造を有する変調信号の先頭にプリアンブル信号と呼ばれる同期用トレーニング信号であるバースト信号を付加して送信する。

受信側では、このプリアンブル信号を用いて自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）、周波数オフセット補正、高速離散フーリエ変換（ＦＦＴ；Fast Fourier Transform）、タイミング生成などが行なわれ、生成されたＦＦＴタイミングに基づいてＦＦＴ演算が行なわれる。

ＯＦＤＭ信号の１シンボル期間は、ガード期間と有効シンボル期間により構成されており、ガード期間は、マルチパスによる遅延波の影響を除去するために設けられている。受信装置は、受信したＯＦＤＭ信号からシンボルタイミングを検出し、ガード期間を除いた有効シンボル期間に対して復調を行なう。

たとえば図８は、各キャリアがＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying；差動四相位相シフトキーイング）変調されたＯＦＤＭ信号を復調する従来のＯＦＤＭ方式の受信システム（以下ＯＦＤＭ復調装置８という）の一構成例を示した図である。

図８に示すＯＦＤＭ復調装置８は、復調方式としてダイレクトコンバージョン方式を採用しており、ＩＦ帯を用いないようにすることで、部品点数の削減を図るようにしている。

図示するように、このＯＦＤＭ復調装置８は、アンテナ８１で受信したＯＦＤＭ信号を、図示しないバンドパスフィルタを通してから図示しない低雑音増幅器（ＬＮＡ；Low Noise Amplifier ）で増幅し、出力されたＲＦ信号を直接的に、それぞれ図示しない２つの直交混合回路（直交ミキサ）、ローカル発振器、および９０度移相器からなる直交復調部（直交検波回路）８２により直交復調して複素ベースバンド信号へと変換することで、同相成分信号Ｉ（In-phase component）と直交成分信号Ｑ（Quadrature phase component）とを取り出す。

直交復調部８２から出力されたベースバンドの同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑ（以下纏めて復調ＩＱ信号ともいう）は、それぞれ図示しないローパスフィルタを通過することで高周波成分が取り除かれ、再度図示しない増幅器で増幅されて、それぞれＡ／Ｄ変換部８３でデジタル信号に変換され、ベースバンド信号処理部に渡される。

ベースバンド信号処理部では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理やデマッピング処理を行なっている。たとえば、Ａ／Ｄ変換部８３からの復調ＩＱ信号は、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control ；自動周波数制御）部８４に供給されるとともに、分岐されてシンボルタイミング検出部（ＳＹＮＣ検出部）９２に供給される。

シンボルタイミング検出部９２は、データの先頭に存在するプリアンブル信号と呼ばれるバースト信号（トレーニング信号）を用いて、ＯＦＤＭタイミングを決定し、全体の処理のタイミングをとる。たとえば、シンボルタイミング検出部９２は、ＯＦＤＭ信号に含まれるガード期間を利用してシンボルタイミングを検出し、ＦＦＴ復調の開始タイミングを決めるＦＦＴウィンドウ信号を生成し、これをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理により周波数変換を行なう周波数変換部（ＦＦＴ部）８５に供給する。

ＡＦＣ部８４は、データの先頭に存在するプリアンブル信号を用いて、周波数オフセットを補正し、同期検出および周波数補正したデータを周波数変換部８５などに供給する。

なお、ＡＦＣとしては、前述のような方式の他、たとえば特許文献５，６に記載された粗調ＡＦＣと微調ＡＦＣとを組み合わせた方式なども提案されている。

特開平１１−９８４３２号公報 特開２０００−１６５３４６号公報

周波数変換部８５は、シンボルタイミング検出部９２から供給されるＦＦＴウィンドウ信号に基づいてＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間を抽出してＦＦＴ処理を行ない、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換して、各キャリアのデータ（復調ＩＱデータ）を得、等価器（equalizer ）８６に供給する。

ＦＦＴタイミングは、送信データの先頭に付加されたプリアンブル信号（トレーニング信号）を利用して設定される。たとえば自己相関または相互相関を用い、相関結果がある閾値を越えた時点を基準にＦＦＴタイミングを設定する。

等価器８６は、周波数変換部８５によりＦＦＴ処理された復調ＩＱデータに対して、マルチパスによる初期位相および初期振幅の補正、残留周波数オフセットの補正、サンプリングオフセットの補正を行ない、補正したデータをデマッパ（demapper）部８７に供給する。

デマッパ部８７は、Ｉ−Ｑコンスタレーション（Ｉ−Ｑ constellation）をデマッピングし、デマッピングしたデータをデインタリーブ（de-interleave ）部８８に供給する。

ここで、コンスタレーションとは、受信したＲＦ信号を復調した際に、ｘ−ｙ平面にマッピングされた各シンボルデータのことであり、その配置により受信状況を把握することができる。Ｉ−Ｑコンスタレーションの場合、直交変調に対し、同相成分信号Ｉをｘ軸、直交成分信号Ｑをｙ軸として信号を表す。たとえばＩ成分が０，Ｑ成分が０の場合、信号点は原点で示される。

デマッピング処理では、受信信号から符号化法の全ての数値への距離を測定した後で、位相シフトキーイング信号点配置から最近傍の数値を出力することでデマッピング(特定のシンタックスの情報を取得)する。これにより、復調信号からデジタルメッセージを取得する。公知のように、シンボルが信号点にどのようにマッピングされるかを見るためには、ｘ−ｙ平面で表される正方信号点配置図をプロットすればよい。

デインタリーブ部８８は、デマッパ部８７から供給されたデータを周波数デインタリーブし、デパンクチャ（de-puncture ）部８９に供給する。すなわち、送信側では、トレリス符号化後の送信データを擬似ランダムな順番に並び替えてインタリーブを実施しているので、デインタリーブすることで、送信データを元の順番に並び替える。

デパンクチャ部８９は、周波数デインタリーブされたデータをデパンクチャし、ビタビ（vitabi）部９０に供給する。

ビタビ部９０は、デパンクチャされたデータをビタビアルゴリズムを用いてエラー訂正し、デスクランブラ（de-scrambler）部９１に供給する。

デスクランブラ部９１は、有料放送などにおいて、正規の受信者が設置する受信装置でのみ受信可能にするために信号波に対して電気的に攪拌されたスクランブル信号(映像・音声)を、元に戻す、すなわちスクランブルを解除する。

このようにして、ＯＦＤＭ変調ＲＦ信号を復調することで、映像信号や音声信号を表す符号化データを取り出す。たとえばデジタル衛星放送の場合であれば、ＭＰＥＧ−２トランスポート（ＴＳ）データ信号を取得し、これを図示しないデコーダ部に出力する。デコーダ部では、符号化データを画像や音声とその他の情報とに切り分け、画像と音声を各々デコードし、たとえばモニタとスピーカに出力する。

このようなＯＦＤＭ復調装置８においては、ミキサで発生する僅かにずれた周波数成分によるオフセットが加わることになる。このため、受信側でキャリア周波数のオフセット成分（以下キャリアオフセットともいう）を補正する補正回路を持たなくてはいけない。

図９は、キャリアオフセットに依る影響を説明する図であり、キャリアオフセットがあるときのコンスタレーションを示している。キャリアオフセットは、基地局と移動局で持っている局部発振器の周波数オフセットであり、オフセットがあると、ｘ−ｙ平面にマッピングされた各シンボルデータは、図９のように位相が回転するので、ＯＦＤＭ信号を精度よく復調することができない。

そのため、たとえば移動体無線通信システムのように基地局と移動局（移動無線端末）からなるシステムでは、従来の構成では、移動体無線端末局側である移動局にもキャリアオフセットを補正する補正回路を設けている。

しかしながら、移動局側にキャリアオフセット補正回路を設けると、その分だけ移動局の回路構成が大きくなり端末が大きくなるあるいはコストアップを招く。また、移動局側でその補正回路分の消費電力が多くなり、バッテリーの動作時間が短くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、無線端末局側の回路規模や消費電力を低減することのできる仕組みを提供することを目的とする。

本発明に係る通信方法、送信方法および受信方法においては、先ず、送信値側において、受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出し、この検出したキャリアオフセット量に基づいて受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正してから受信装置に送信するようにした。

受信装置側では、このキャリアオフセット量を相殺するように予め送信装置側で修正された高周波信号を受信し、受信した高周波信号を高周波信号処理部で復調してベースバンド信号を得るようにした。

つまり、本発明においては、受信装置側で発生するキャリアオフセット分を相殺するように予め送信装置側で補正してから高周波信号を受信装置側に送信する。

本発明に係る通信システムは、前述の本発明に係る通信方法を実施するのに好適なシステムであって、先ず、送信装置は、受信装置から高周波信号を受け取り、この高周波信号に基づき受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出するキャリアオフセット検出部と、キャリアオフセット検出部が検出したキャリアオフセット量に基づいて受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正するオフセット補正部とを有するものとした。

また、受信装置は、送信装置から送信された高周波信号を復調することでベースバンド信号を得る高周波信号処理部を有するものとし、この高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め送信装置側で修正された高周波信号を受信することとした。

受信装置は、さらに、高周波信号処理部により得られるベースバンド信号に基づき信号処理を行なうベースバンド信号処理部とを有するものとする。この高周波信号処理部は、この高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め送信装置側で修正された高周波信号を受信することでベースバンド信号を生成し、このベースバンド信号に対してキャリアオフセット補正を施すことなく実質的にそのままベースバンド信号処理部に渡す。

本発明に依れば、受信装置側で発生するキャリアオフセット分を相殺するように予め送信装置側で補正してから高周波信号を受信装置側に送信するようにした。換言すれば、受信装置側で発生するキャリアオフセット分を補正する機能を送信装置側に持たせた。

これにより、受信装置側では、ＡＦＣ回路を備える必要がなくなる。送信装置側にて予め当該受信装置のキャリアオフセット量が相殺された高周波信号をそのまま使用して受信処理を行なっても、システム全体としては、当該受信装置が持つキャリアオフセットの影響を受けることがない。受信装置では、キャリアオフセット回路を省略できるので、装置をコンパクトにでき、消費電力も低減可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜通信システムの基本＞
図１は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態の基本構成を示すブロック図である。

無線通信システム１は、送信処理部１０および受信処理部２０を有した基地局２と、受信処理部５０および送信処理部６０を有した移動局５とを備えて構成されている。適用される通信規格としては、たとえば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers；米国電気電子技術者協会）で制定されている２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格である８０２．１１（２Ｍｂｐｓ）や８０２．１１ｂ（１１Ｍｂｐｓ）、あるいは８０２．１１ｇ（２０Ｍｂｐｓ超）、さらには５ＧＨｚ帯を使う８０２．１１ａなどが考えられる。もちろんこれらは一例であって、ここで例示したものに限定されない。

基地局２の送信処理部１０と受信処理部２０とはアンテナ切替ＳＷ２１により送信時と受信時とを切り替えるようになっており、送信時には送信処理部１０からの送信ＲＦ信号をアンテナ１１に供給する一方で、受信時にはアンテナ１１で受信した受信ＲＦ信号を受信処理部２０に取り込む。

同様に、移動局５の受信処理部５０と送信処理部６０とはアンテナ切替ＳＷ６１により受信時と送信時とを切り替えるようになっており、受信時にはアンテナ５１で受信した受信ＲＦ信号を受信処理部５０に取り込む一方で、送信時には送信処理部６０からの送信ＲＦ信号をアンテナ５１に供給する。

この無線通信システム１は、移動局５側にＡＦＣ部を不要とするアルゴリズムを、ＯＦＤＭのシステムに適用した例で示している。移動局５は、図８に示した従来のＯＦＤＭ復調装置８に比べて、ＡＦＣ部８４を備えていない点に特徴を有している。その他は、参照符号８０番台を５０番台に、また参照符号９０番台を６０番台に置き換えただけであり、基本的な動作は図８に示した従来構成のＯＦＤＭ復調装置８と同様である。

Ａ／Ｄ変換部５３でデジタル信号に変換されたベースバンド信号が、このベースバンド信号に対してキャリアオフセット補正を施されることなく実質的にそのまま、ＤＳＰ（Digital Signal Processing ；デジタル信号処理）などのデジタル回路で構成されたベースバンド信号処理部に渡される。ベースバンド信号処理部では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理やデマッピング処理を行なっている。ここでは、受信処理部５０の構成の詳細については説明を割愛する。

ここで、直交復調部５２で復調されＡ／Ｄ変換部５３でデジタルデータにされた復調ＩＱ信号は、実質的に直接に周波数変換部５５に入力される。“実質的に直接に”とは、“キャリアオフセットの検出やキャリアオフセットの補正に関わる信号処理を行なうことなく”と言う意味であり、Ａ／Ｄ変換部５３の出力データに対して、これらに直接的には関わりのないその他の信号処理を施した後に周波数変換部５５に復調ＩＱ信号を入力してもよい。

移動局５の送信処理部７０としては、ベースバンドの同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑ（纏めて送信ＩＱデータともいう）をシリアル・パラレル変換し、逆高速離散フーリエ変換を行なうことで、直交する多数のサブキャリアの一括変調を行なう逆周波数変換（ＩＦＦＴ）部７２と、逆周波数変換部７２で逆周波数変換された送信ＩＱデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部７６と、逆周波数変換部７２によりＩＦＦＴ処理されたフレーム構造を有する変調信号の先頭にプリアンブル信号と呼ばれる同期用トレーニング信号であるバースト信号を付加して変調しアンテナ５１から送信出力する変調処理部７８とを有する。

このような構成の無線通信システム１においては、ＲＦ信号を送信する基地局２と受信する移動局５では、キャリア周波数を同じにしなくてはならない。

ここで受信側である移動局５ではＡＦＣ部８４を備えておらず、キャリア周波数を補正しないので、その代わりに、基地局２が、キャリア周波数のオフセット補正を行なうオフセット補正部３０を有している。また、送信側である基地局２は、基地局２と移動局５のキャリアオフセットを検出するキャリアオフセット検出部４０を有している。

キャリアオフセットを補正する方法としては、たとえば変調回路の局部発振器で補正する第１の方法と、複素ベースバンド信号の同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑに対して位相を回転させ補正する第２の方法が考えられる。以下、具体的に説明する。

＜キャリアオフセット補正；第１実施形態＞
図２は、キャリアオフセット補正を行なう仕組みの第１実施形態を説明するブロック図である。この第１実施形態は、キャリアオフセットを補正する方法として、変調回路の局部発振器で補正する第１の方法を採用している点に特徴を有する。

ＯＦＤＭ変調方式を採用した無線通信システム１の基地局２は、送信処理部１０として、ベースバンドの同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑ（纏めて送信ＩＱデータともいう）をシリアル・パラレル変換し、逆高速離散フーリエ変換を行なうことで、直交する多数のサブキャリアを一括変調する逆周波数変換（ＩＦＦＴ）部１２と、移動局５のＭＡＣアドレスを検出するＭＡＣ(Media Access Control)部１４と、逆周波数変換部１２で逆周波数変換された送信ＩＱデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１６と、逆周波数変換部１２によりＩＦＦＴ処理されたフレーム構造を有する変調信号の先頭にプリアンブル信号と呼ばれる同期用トレーニング信号であるバースト信号を付加して変調しアンテナ１１から送信出力する変調処理部１８とを有する。

また、基地局２は、受信処理部２０として、図８に示したＯＦＤＭ復調装置８と同様の構成を有している。たとえば、直交復調部８２に対応する直交復調部２２、Ａ／Ｄ変換部８３に対応するＡ／Ｄ変換部２４、およびＡＦＣ部８４に対応するＡＦＣ部２６を有している。

ここで、基地局２側に設けられる第１実施形態のオフセット補正部３０は、変調処理部１８に対して、変調に使われる基準クロックを与えるように構成されている。また、基地局２のキャリアオフセット検出部４０としては、ＡＦＣ部２６と、このＡＦＣ部２６で検出されたオフセット量を記憶するオフセットデータテーブル（Offset data table ）４２とで構成されている。

図３は、第１実施形態のオフセット補正機能を説明するブロック図である。変調処理部１８は、復調回路の基準クロックを発生する局部発振器としての電圧制御発振器（ＶＣＯ；Voltage Controlled Oscillator ）３２と変調部３４とを有している。オフセット補正部３０は、電圧制御発振器３２の発振周波数を制御する基準クロック制御部３６を有している。

これにより、変調処理部１８の基準クロックは電圧制御発振器３２を用いて生成される。基準クロック制御部３６は、電圧制御発振器３２の出力が入力され、図示しないクロック生成部で生成したクロックＡをリファレンスとする図示しない位相同期回路（ＰＬＬ；Phase Lock Loop ）で構成されている。基準クロック制御部３６は、その出力信号によって電圧制御発振器３２の発振周波数を制御する。

すなわち、オフセット補正部３０は、キャリアオフセット検出部４０のオフセットデータテーブル４２に保持しておいたキャリアオフセット量を基準クロック制御部３６に入力する。基準クロック制御部３６は、周波数のずれがなくなるように電圧制御発振器３２の発振周波数を制御する。

図４は、図３に示した第１実施形態の無線通信システム１におけるキャリアオフセット補正処理の手順の概要を説明するフローチャートである。

このような第１実施形態の無線通信システム１において通信処理を行なう際には、最初に移動局５は基地局２に対してパケットを送信する（Ｓ１０）。この移動局５との間でのネゴシエーションでは、移動局５のオフセットによって発生するキャリア周波数のずれを相殺するようにキャリア周波数をずらすことを保留して、双方ともに、通常の中心周波数で行なう。

ＡＦＣ部２６は、移動局５からのパケットを受信する（Ｓ１２）と、従来構成のＡＦＣ部８４と同様の処理手法を用いて、送信対象の移動局５について、その移動局５の受信処理部５０が持つキャリアオフセット量を検出する（Ｓ１４）。

キャリアオフセット検出部４０におけるキャリアオフセットの検出は、プリアンブル信号の繰返し信号区間を利用する。ＡＦＣ部２６は、信号区間だけ遅延させた信号と現在の信号との複素乗算をして、そのときの位相の回転量を算出する。この回転量から基地局２と移動局５の局部発振器のキャリアオフセットが分かる。このキャリアオフセットの算出方法の詳細については、後述する（図７参照）。

キャリアオフセット検出部４０は、ＡＦＣ部２６で測定したキャリアオフセット量を、ＭＡＣ部１４で検出された移動局５のＭＡＣアドレスと関連付けて、オフセットデータテーブル４２に格納する（Ｓ１６）。

基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するとき、基地局２の送信処理部１０は、オフセット補正部３０の制御の元で、オフセットデータテーブル４２に保存した移動局５ごとのキャリアオフセットを抽出して、送信する移動局５ごとにキャリアオフセットをキャンセルしてから送信する（Ｓ２０）。

ここで、第１実施形態のオフセット補正機能としては、変調処理部１８が内部の局部発振器を利用してオフセット補正することで実現する（Ｓ２０）。具体的には以下の通りである。

第１実施形態において、変調処理部１８の局部発振器でキャリアオフセット補正する方法は、変調処理部１８内にある局部発振器（後述する電圧制御発振器３２に相当）に対して、ＡＦＣ部２６で検出されたキャリアオフセット量を入力して（Ｓ２２）、移動局５の局部発振器と同じキャリア周波数になるように制御する（Ｓ２４）方法である。

具体的には、基地局２が移動局５のＲＦ信号を受信してキャリアオフセット量を求める際、直交検波で使われる基準クロック（Clock ）をクロックＡとすると、クロックＡに対してキャリアオフセット量分だけ周波数をずらして変調処理部１８の基準クロックとして使われるようにする。

変調処理部１８は、オフセット補正部３０からの基準クロックを使用して変調処理をした後（Ｓ２６）、アンテナ１１を介して、対応する移動局５側に送信ＲＦ信号を送信する（Ｓ２８）。

移動局５側では、予め当該移動局５のキャリアオフセット量をキャンセルする分だけキャリア周波数がずれたＲＦ信号を受信する（Ｓ３０）。そして、この移動局５において、受信処理部５０は、当該移動局５におけるキャリアオフセット量をキャンセルする分だけキャリア周波数がずれた受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理を行なう（Ｓ３２）。これにより、第１実施形態のシステム構成では、移動局５においては、キャリアオフセットの検出と補正が不要になる。

このように、第１実施形態のシステム構成では、基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するときに、基地局２側において、移動局５ごとのキャリアオフセットを抽出して、移動局５のオフセットによって発生するキャリア周波数のずれを相殺するように予めキャリア周波数を変更して移動局５に送信することで、実質的に、送信対象の移動局５ごとに、キャリアオフセット補正を施すようにした。

これにより、移動局５側では、基地局２側にて予め当該移動局５のキャリアオフセット量が相殺された受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理を行なっても、システム全体としては、当該移動局５が持つキャリア周波数のずれの影響を受けることがない。移動局５では、キャリアオフセット補正回路を省略できるので、端末回路をコンパクトにでき、消費電力も低減可能になる。

また、そのキャリアオフセット補正を、基地局２において、変調回路の局部発振器を制御してキャリア周波数を変更することで実施するようにしたので、制御回路部分（前例では基準クロック制御部３６）の回路構成が非常にコンパクトになる。

ただし、移動局５ごとに、その移動局５が持つキャリアオフセットに応じたキャリア周波数に変えて送信しなければならないので、複数の移動局５との間で実質的に同時に（タイムシェアリングで）送受信する際には、微少な差ではあっても、周波数切換えを頻繁に行なわなければならない。電圧制御発振器３２の部分は、アナログの要素を持つので、制御部分であるオフセット補正部３０をデジタル回路で構成して高速追従性を担保したとしても、この電圧制御発振器３２における周波数切換えに対する追従性が問題となり得る。

なお、このように基地局２側にて、移動局５のオフセットによって発生するキャリア周波数のずれを相殺するように予めキャリア周波数を変更して移動局５に送信するようにすると、移動局５側の回路でキャリア周波数のずれを補正する既存のシステムとの共存の問題を呈する。スムーズに第１実施形態のシステムに移行する、あるいは既存のシステムに対応した移動局５とも間でも通信可能にすることを考えるのが好ましい。

このためには、たとえば、移動局５との間でのネゴシエーション（Ｓ１０〜Ｓ１２）において、移動局５が対応しているシステムが従来のものであるのか、それともこの第１実施形態で示した方式であるのかを確認することで、それ以降の処理を切り分けるとよい。

＜キャリアオフセット補正；第２実施形態＞
図５は、キャリアオフセット補正を行なう仕組みの第２実施形態を説明するブロック図である。この第２実施形態は、キャリアオフセットを補正する方法として、同相信号Ｉおよび直交信号Ｑに対して位相を回転させ補正する第２の方法を採用している点に特徴を有する。

送信処理部１０および受信処理部２０としては、第１実施形態と同様のものを有している。ここで、第２実施形態のオフセット補正部３０は、逆周波数変換部１２とＤ／Ａ変換部１６との間に、同相信号Ｉおよび直交信号Ｑの位相を回転させる回転補正部３８を有している。回転補正部３８には、キャリアオフセット検出部４０のオフセットデータテーブル４２からキャリアオフセット量が入力される。

図６は、図５に示した第２実施形態の無線通信システム１におけるキャリアオフセット補正処理の手順の概要を説明するフローチャートである。

このような第２実施形態の無線通信システム１において通信処理を行なう際には、第１実施形態と同様に、ＡＦＣ部２６は、移動局５からのパケットを受信する（Ｓ１２）と、送信対象の移動局５について、その移動局５の受信処理部５０が持つキャリアオフセット量を検出する（Ｓ１４）。

基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するとき、基地局２の送信処理部１０は、オフセット補正部３０の制御の元で、オフセットデータテーブル４２に保存した移動局５ごとのキャリアオフセットを抽出して、送信する移動局５ごとにキャリアオフセットをキャンセルしてから送信する（Ｓ４０）。

ここで、第２実施形態のオフセット補正機能としては、移動局５のオフセットによって発生する位相回転と逆方向に位相の回転を与える、つまりＯＦＤＭ変調した同相信号Ｉおよび直交信号Ｑ信号に対してキャリアオフセット量を補正するようにフィードバックすることで実現する（Ｓ４０）。具体的には以下の通りである。

基地局２は、移動局５側のキャリアオフセットによって発生する位相の回転を打ち消すために、回転補正部３８に対してＡＦＣ部２６で検出されたキャリアオフセット量を入力する（Ｓ４２）。回転補正部３８は、送信する移動局５ごとに、当該移動局５で発生するオフセットによる位相回転と逆方向に位相回転を与えるように演算を行なう（Ｓ４４）。

変調処理部１８は、回転補正部３８で回転補正された後にＤ／Ａ変換部１６でアナログ信号に変換された同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑに対して、電圧制御発振器３２からの基準クロックを使用して変調処理をした後（Ｓ４６）、アンテナ１１を介して、対応する移動局５側に送信ＲＦ信号を送信する（Ｓ４８）。

移動局５側では、予め当該移動局５のキャリアオフセット量をキャンセルする分だけ位相回転されたＲＦ信号を受信する（Ｓ５０）。そして、この移動局５において、受信処理部５０は、当該移動局５におけるキャリアオフセット量をキャンセルする分だけ位相回転された受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理を行なう（Ｓ５２）。これにより、第２実施形態のシステム構成においても、移動局５においては、キャリアオフセットの検出と補正が不要になる。

なお、回転補正部３８は、通常、実質的にＡＦＣ部２６の中に取り込まれるようになっており、移動局５が受信モードになるときにしか回転補正部３８が使われないようにする。また、基地局２の送信時にキャリアオフセット補正を必要とするときに逆周波数変換部１２とＤ／Ａ変換部１６との間に配置されることで回転補正部３８が機能するように信号系路を切り替える。

このように、第２実施形態のシステム構成では、基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するときに、基地局２側において、移動局５ごとのキャリアオフセットを抽出して、移動局５のオフセットによって発生する位相回転を相殺するように逆方向に送信ＲＦ信号に位相回転を与えることで、送信対象の移動局５ごとにキャリアオフセット補正を施すようにした。

これにより、第２実施形態のシステム構成においても、移動局５側では、基地局２側にて予め当該移動局５のキャリアオフセット量が相殺された受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理を行なっても、当該移動局５におけるオフセットの影響を受けることがない。移動局５では、キャリアオフセット補正回路を省略できるので、端末回路をコンパクトにでき、消費電力も低減可能になる。

また、そのキャリアオフセット補正を、送信ＲＦ信号の位相を制御することで実施するようにしたので、第１実施形態とは異なり、移動局５ごとに合わせてキャリア周波数を変動させる必要がなく、複数の移動局５との間で実質的に同時に（タイムシェアリングで）送受信する際にも、追従性の問題は生じない。制御回路部分（キャリアオフセット検出部４０など）や補正回路部分（回転補正部３８）をデジタル回路で構成できるから、補正の全体をデジタル回路で構成でき、ＩＣ（Integrated Circuit）化が容易であるメリットもある。

なお、この第２実施形態のシステム構成においても、基地局２側にて、移動局５のオフセットによって発生するキャリア周波数のずれを相殺するように予め送信ＲＦ信号の位相を変更して移動局５に送信するようにすると、移動局５側の回路でキャリア周波数のずれを補正する既存のシステムとの共存の問題を呈する。スムーズに第２実施形態のシステムに移行する、あるいは既存のシステムに対応した移動局５とも間でも通信可能にすることを考えるのが好ましい。

このためには、たとえば、移動局５との間でのネゴシエーション（Ｓ１０〜Ｓ１２）において、移動局５が対応しているシステムが従来のものであるのか、それともこの第１実施形態で示した方式であるのかを確認することで、それ以降の処理を切り分けるとよい。

図７は、キャリアオフセットの算出方法や制御方法を説明する図であり、１６サンプル当たり３０°位相が回転した時のＩＱデータのコンスタレーションを示している。ｘ−ｙ平面上の内側に配されるショートプリアンブルとｘ−ｙ平面上の外側に配されるロングプリアンブルの各データには周期性があるので、自己相関することにより回転位相を求めることができる。

ショートプリアンブルでは１６サンプル後、ロングプリアンブルでは６４サンプル後の同相信号Ｉおよび直交信号Ｑは同じになるように作られている。ショートプリアンブルで１６サンプル後に３０°回転したシンボルを図７に示す。図７では、０〜１５サンプル目を“◆”で示し、また１６〜３１サンプル目を“■”で示している。

この図において、たとえば、０→１６、１→１７、２→１８、…、１５→３１で位相が回転したかを算出することにより、１６サンプル当たりの位相回転量が分かる。

なお、サンプルの同相信号Ｉおよび直交信号Ｑの位置はノイズによってばらつく。そのため、１組の位相回転の結果から位相回転量を決定するのではなく、たとえば複数の組の位相回転量を足して平均を求めることで、ノイズ成分を抑圧させる、精度を向上させるのがよい。

また、ロングプリアンブルを用いることにより、相関するサンプルが６４サンプル後と長い時間間隔になる。これにより、ノイズ成分をさらに抑圧させることができ、精度を一層向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態のシステム構成では、基地局２から移動局５にＲＦ信号を送信するときに、基地局２側において、移動局５ごとのキャリアオフセットを抽出して、移動局５のオフセットによって発生するキャリア周波数のずれを相殺するようにキャリア周波数を変更する、あるいは移動局５のオフセット位相回転と逆方向に送信ＲＦ信号に位相回転を与えるようにすることで、送信対象の移動局５ごとにキャリアオフセット補正を施すようにした。

これにより、移動局５側では、当該移動局５のキャリアオフセット量分を予めキャンセルされた受信ＲＦ信号をそのまま使用して受信処理を行なっても、当該移動局５におけるオフセットの影響を受けることがなく、ＯＦＤＭ信号を精度よく復調することができる。

また、基地局２側で移動局５のキャリアオフセット量分を予めキャンセルして対処の移動局５に送信しているので、移動局５には、キャリアオフセットの検出やキャリアオフセットの補正に関わる信号処理回路部分を設ける必要がない。

これにより、無線端末局側の消費電力を抑えることができ、端末局のバッテリーの消費を抑えることで、長時間の動作が可能になる。また、回路を削減できることにより、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit；大規模集積回路）チップの大きさなど無線端末局側の回路規模を小さくでき、コストを抑えることができる。

本発明に係る無線通信システムの一実施形態の基本構成を示すブロック図である。 キャリアオフセット補正を行なう仕組みの第１実施形態を説明するブロック図である。 第１実施形態のオフセット補正機能を説明するブロック図である。 図３に示した第１実施形態の無線通信システム１におけるキャリアオフセット補正処理の手順の概要を説明するフローチャートである。 キャリアオフセット補正を行なう仕組みの第２実施形態を説明するブロック図である。 図５に示した第２実施形態の無線通信システム１におけるキャリアオフセット補正処理の手順の概要を説明するフローチャートである。 キャリアオフセットの算出方法を説明する図である。 従来のＯＦＤＭ方式の受信システムの一構成例を示した図である。 キャリアオフセットに依る影響を説明する図である。

符号の説明

１…無線通信システム、２…基地局、５…移動局、８…ＯＦＤＭ復調装置、１０…送信処理部、１１…アンテナ、１２…逆周波数変換部、１４…ＭＡＣ部、１６…Ｄ／Ａ変換部、１８…変調処理部、２０…受信処理部、２１…アンテナ切替ＳＷ、２２…直交復調部、２４…Ａ／Ｄ変換部、２６…ＡＦＣ部、３０…オフセット補正部、３２…電圧制御発振器、３４…変調部、３６…基準クロック制御部、３８…回転補正部、４０…キャリアオフセット検出部、４２…オフセットデータテーブル、５０…受信処理部、５１…アンテナ、５２…直交復調部、５３…Ａ／Ｄ変換部、５５…周波数変換部、７０…送信処理部、７１…アンテナ切替ＳＷ、７２…逆周波数変換部、７６…Ｄ／Ａ変換部、７８…変調処理部、８１…アンテナ、８２…直交復調部、８３…Ａ／Ｄ変換部、８４…ＡＦＣ部、８５…周波数変換部、８６…等価器、８７…デマッパ部、８８…デインタリーブ部、８９…デパンクチャ部、９０…ビタビ部、９１…デスクランブラ部、９２…シンボルタイミング検出部

Claims (8)

1. 送信装置と受信装置との間で、キャリアオフセットを検出し、この検出結果に基づきキャリアオフセットを補正しつつ通信を行なう方法であって、
   前記受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出し、
   この検出したキャリアオフセット量に基づいて前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正してから前記受信装置に送信し、
   前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め前記送信装置側で修正された高周波信号を受信し、
   この受信した高周波信号を前記高周波信号処理部で復調してベースバンド信号を得る
   ことを特徴とする通信方法。
2. 送信装置と受信装置との間で、キャリアオフセットを検出し、この検出結果に基づきキャリアオフセットを補正しつつ通信を行なう、前記送信装置側における方法であって、
   前記受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出し、
   この検出したキャリアオフセット量に基づいて前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正してから前記受信装置に送信する
   ことを特徴とする送信方法。
3. 送信装置と受信装置との間で、キャリアオフセットを検出し、この検出結果に基づきキャリアオフセットを補正しつつ通信を行なう、前記受信装置側における方法であって、
   前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め前記送信装置側で修正された高周波信号を受信し、
   この受信した高周波信号を前記高周波信号処理部で復調してベースバンド信号を得る
   ことを特徴とする受信方法。
4. 送信装置と受信装置との間で、キャリアオフセットを検出し、この検出結果に基づきキャリアオフセットを補正しつつ通信を行なう通信システムであって、
   前記送信装置は、
   前記受信装置から高周波信号を受け取り、この高周波信号に基づき前記受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出するキャリアオフセット検出部と、
   前記キャリアオフセット検出部が検出したキャリアオフセット量に基づいて前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正するオフセット補正部と
   を有し、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から送信された高周波信号を復調することでベースバンド信号を得る高周波信号処理部を有し、当該高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め前記送信装置側で修正された高周波信号を受信する
   ことを特徴とする通信システム。
5. 受信装置が持つキャリアオフセットを検出し、この検出結果に基づきキャリアオフセットを補正しつつ前記受信装置との間で通信を行なう送信装置であって、
   前記受信装置から高周波信号を受け取り、この高周波信号に基づき前記受信装置が備える高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を検出するキャリアオフセット検出部と、
   前記キャリアオフセット検出部が検出したキャリアオフセット量に基づいて前記受信装置が備える前記高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように、送信対象の信号を補正するオフセット補正部と
   を備えたことを特徴とする送信装置。
6. 前記オフセット補正部は、前記キャリアオフセット量を相殺するように高周波信号のキャリア周波数を変更する
   ことを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
7. 前記オフセット補正部は、前記キャリアオフセット量を相殺するように、オフセット位相回転と逆方向に高周波信号に位相回転を与える
   ことを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
8. 送信装置から送信された高周波信号を受信する受信装置であって、
   前記送信装置から送信された高周波信号を復調することでベースバンド信号を得る高周波信号処理部と、
   前記高周波信号処理部により得られる前記ベースバンド信号に基づき信号処理を行なうベースバンド信号処理部と
   を備え、
   前記高周波信号処理部は、当該高周波信号処理部で発生するキャリアオフセット量を相殺するように予め前記送信装置側で修正された高周波信号を受信することで前記ベースバンド信号を生成し、このベースバンド信号に対してキャリアオフセット補正を施すことなく実質的にそのまま前記ベースバンド信号処理部に渡す
   ことを特徴とする受信装置。
   

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