JP2006180502A - マルチ送受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】送信器間の搬送波周波数を一致させることができるマルチ送受信システムを提供する。
【解決手段】複数個の送受信器を含むマルチ送受信システムで送受信器のうちのいずれか一つを基準送受信器にして、残りの送受信器は基準送受信器から伝送されたテスト信号に根拠して自体周波数オフセットを推定する。残りの送受信器は伝送モードで推定された自体周波数オフセットを補償して信号を伝送することによって、マルチ送受信システムから伝送されるすべての信号の搬送波周波数を一致させる。
【選択図】図２

Description

本発明は複数のアンテナと複数の送受信器を含むマルチ送受信システムに関する。

限定された周波数帯域を効率的に利用するための方法の中の一つとして、システム内に複数のアンテナと複数の送受信器を具備してＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）チャンネルを構成して複数の信号を並列に送受信する方法が提案された。

マルチ送受信システムの一例が特許文献１に開示されている。図１はマルチ送受信システムを簡略に概念的に示すブロック図である。

図１を参照すると、マルチ送受信システム１０００はＮ個の送受信器１００−１〜１−００−ｎとアンテナ１０１−１〜１０１−ｎとを含み、マルチ送受信システム２０００はＮ個の送受信器２００−１〜２００−ｍとアンテナ２０１−１〜２０１−ｍとを含む。システム１０００、２０００間にはＮ個のＭＩＭＯチャンネルが形成される。

このような通信システムによると、同一の周波数帯域のＮ個信号を同時に送受信することができるので、周波数利用効率がＮ倍に増加するが、信号品質は送信側と受信側の搬送波周波数に大きく依存する。

特に、複数個の送受信器を含むマルチ送受信システム１０００で並列に伝送された送信信号の搬送波周波数は互いに一致しなければならない。もし送信信号の搬送波周波数が互いに違えば、受信器は周波数オフセットを正確に推定することができなくなり、これは元々の信号に復元することを難しくする。
特許公開第２００４−０７２４５８号公報

したがって、本発明の目的は送信器間の搬送波周波数を一致させることができるマルチ送受信システムを提供することにある。

上述の目的を達成するために本発明の一特徴によると、マルチ送受信システムの周波数オフセットを補償する方法は、第１送受信器から第２送受信器にテスト信号を伝送する段階と、前記テスト信号と基準信号の周波数オフセットとを推定する段階と、前記第１及び第２送受信器から信号を伝送する段階と、前記第２送受信器は前記推定された周波数オフセットを補償した前記信号を伝送することを特徴とする。

本発明の他の特徴によるマルチ送受信システムの周波数オフセットを補償する方法は、第１搬送波信号と第２搬送波信号とを比較して周波数オフセットを推定する段階と、前記推定された周波数オフセットで補償された信号を外部装置に伝送する段階とを含む。

本発明の他の特徴によるマルチ送受信システムは、第１信号を送受信する第１送受信器と、第２信号を送受信する第２送受信器と、テストモードの間前記第１送受信器から伝送される前記第１信号を前記第２送受信器に伝達するスイッチング回路とを含み、前記第２送受信器は前記第１信号と基準信号との間の周波数オフセットを推定する。

本発明によると、複数の送受信器を含むマルチ送受信システムから出力される送信信号間の搬送波周波数オフセットは存在しない。したがって、マルチ送受信システムの信号品質が向上する。

以下では、本発明の望ましい実施形態を添付の図を参照して詳細に説明する。

図２は本発明の望ましい実施形態によるマルチ送受信システムの構成を示す図である。

図２を参照すると、マルチ送受信システム３０００は二つの送受信器１００、２００を含む。この実施形態ではマルチ送受信システム３０００が二つの送受信器１００、２００を含むと説明されるが、マルチ送受信システム３０００には多様な個数の送受信器が具備されることができる。

二つの送受信器１００、２００を含むマルチ送受信システム３０００で送受信器１００が基準送受信器として設定される。

まず、送受信器１００の詳細な回路構成は次のようになる。送受信器１００は送信器１１０、受信器１２０、スイッチ１３０、１４０、及びオシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１５０を含む。送信器１１０はデジタル−アナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ−ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）１１１、１１２、ミキサー（ｍｉｘｅｒｓ）１１３、１１４、合算器１１５、及びＰＬＬ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）１１７を含む。 デジタル−アナログ変換器１１１、１１２は図示しないデータ処理器からのデジタル信号ＴＸ１＿Ｉ、ＴＸ１＿Ｑをアナログ信号に各々変換する。ＰＬＬ１１７はオシレータ１５０で生成された１次搬送波信号ｅｘｐｊ２πｆ_ｂｔが入力されて２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_１)を生成する。ミキサー１１３、１１４はデジタル−アナログ変換器１１１、１１２から出力される信号とＰＬＬ１１７からの２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_１)を各々ミキシングして合算器１１５に出力する。合算器１１５はミキサー１１３、１１４からの出力信号を合算して送信信号を生成する。

受信器１２０は周波数オフセット補償器１２１、アナログデジタル変換器１２２、１２３、ミキサー１２４、１２５、及び周波数オフセット推定器１２６を含む。ミキサー１２４、１２５は受信信号とＰＬＬ１１７からの２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_１)を各々ミキシングしてアナログ−デジタル変換器１２２、１２３に出力する。アナログ−デジタル変換器１２２、１２３はミキサー１２４、１２５からのアナログ信号をデジタル信号に各々変換する。周波数オフセット推定器１２６はアナログ−デジタル変換器１２２、１２３からのアナログ信号から受信信号の周波数オフセットを推定する。すなわち、周波数オフセット推定器１２６は送信側から伝送した送信信号の搬送波周波数と実際受信された受信信号の搬送波周波数間の差を推定する。一般的に、送信信号の搬送波周波数は送信信号のプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）領域に定義される。したがって、推定器１２６はプリアンブルに定義された搬送波周波数を参照して実際受信信号の搬送波周波数間の差を求めることができる。周波数オフセット補償器１２１は周波数オフセット推定器１２６によって推定された周波数オフセットをアナログ−デジタル変換器１２２、１２３からのアナログ信号の搬送波周波数に補償した信号ＲＸ１＿Ｉ、ＲＸ１＿Ｑを出力する。 このような周波数オフセット推定器１２６及び周波数オフセット補償器１２１によってデータ処理器はデータ復元演算を正確に実行することができる。

送受信器２００は送信器２１０、受信器２２０、及びスイッチ２３０、２４０を含む。 送信器２１０は基準送受信器１００の送信器１１０と類似の回路構成を有するが、自体周波数オフセット補償器（ｓｅｌｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）２１１をさらに含む。

デジタル−アナログ変換器２１２、２１３は自体周波数オフセット補償器２１１からのデジタル信号ＴＸ２＿Ｉ、ＴＸ２＿Ｑをアナログ信号に各々変換する。ＰＬＬ２１７はオシレータ１５０で生成された１次搬送波信号ｅｘｐｊ２πｆ_ｂｔが入力されて２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_２)を生成する。

ミキサー２１４、２１５はデジタル−アナログ変換器２１２、２１３から出力される信号とＰＬＬ１１７からの２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_１)とを各々ミキシングして合算器２１６に出力する。合算器２１６はミキサー２１４、２１５からの出力信号を合算して送信信号を生成する。

受信器２２０は周波数オフセット補償器２２１、アナログデジタル変換器２２２、２２３、ミキサー２２４、２２５、及び周波数オフセット推定器２２６を含む。ミキサー２２４、２２５は受信信号とＰＬＬ２１７からの２次搬送波信号ｅｘｐ(ｊ２πｆ_ｃｔ＋Δｆ_２)を各々ミキシングしてアナログ−デジタル変換器２２２、２２３に出力する。アナログ−デジタル変換器２２２、２２３はミキサー２２４、２２５からのアナログ信号をデジタル信号に各々変換する。周波数オフセット推定器２２７はアナログ−デジタル変換器２２２、２２３からのアナログ信号から受信信号の周波数オフセットを推定する。推定器１２６は受信信号のプリアンブルに定義された搬送波周波数を参照して実際受信信号の搬送波周波数間の差を求めることができる。周波数オフセット補償器１２１は周波数オフセット推定器１２６によって推定された周波数オフセットをアナログ−デジタル変換器１２２、１２３からのアナログ信号の搬送波周波数に補償した信号ＲＸ２＿Ｉ、ＲＸ２＿Ｑを出力する。このような周波数オフセット推定器１２６及び周波数オフセット補償器１２１によってデータ処理器はデータ復元演算を正確に実行することができる。

送受信器１００、２００間の搬送波周波数を一致させるためにＰＬＬ１１７、２１７は同一のオシレータ１５０によって生成された１次搬送波信号ｅｘｐｊ２πｆ_ｂｔを利用して２次搬送波信号を各々生成する。しかし、互いに違うＰＬＬ１１７、２１７によって生成された２次搬送波信号はＰＬＬの特性によって完全に一致しない。以下の明細書で、これを自体周波数オフセットと称する。

図１に示した図を参照すると、マルチ送受信システム１０００が信号を伝送する送信側であり、マルチ送受信システム２０００が信号を受信する受信側であると仮定する時、システム１０００内の送受信器１００−１〜１００−ｎから出力される送信信号は並列にシステム２０００の送受信器２００−１〜２００−ｍに伝達される。この際、システム１０００内の送受信器１００−１〜１００−ｎから出力される送信信号間の自体周波数オフセットはシステム２０００内の送受信器２００−１〜２００−ｍが周波数オフセットを正確に推定することを難しくして、これはすなわち受信信号の正確な復元を不可能にする。

したがって、マルチアンテナシステム１０００内の送受信器１００−１〜１００−ｎから出力される送信信号間の自体周波数オフセットを最小化するための技術が要求される。

図２に示した本発明の望ましい実施形態によるマルチ送受信システム３０００はスイッチ１３０、２３０及び自体周波数オフセット補償器２１１を含んで送信信号間の自体周波数オフセットを補償する。図３は本発明の望ましい実施形態によるマルチ送受信システム３０００の動作手順を示すフローチャートである。図３に示したフローチャートは本発明と関連ある自体周波数オフセット推定動作及び信号伝送動作のみを示しており、マルチ送受信システム３０００の動作は図２に示した方法の外に多様に変更されることができる。例えば、システム間の信号受信動作などは本発明と直接関連がないので、詳細な説明を略する。

再び図２を参照すると、スイッチ１４０、２４０は送／受信モードを示すスイッチング信号に応答して設定される。すなわち、スイッチ１４０は、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ１が送信モードを示す時スイッチ１３０を通じて送信器１１０から出力される送信信号をアンテナ１０１に伝達して、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ１が送信モードを示す時アンテナから受信された受信信号を受信器１２０に伝達する。スイッチ２４０は、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ１が送信モードを示す時送信器２１０から出力される送信信号をアンテナ１０１に伝達して、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ１が受信モードを示す時アンテナから受信された受信信号を受信器２２０に伝達する。

スイッチ１３０、２３０はノーマル／テストモードを示すスイッチング信号に応答して設定される。ノーマルモードは一般的な送／受信モードを言い、テストモードは上述の自体周波数オフセット推定モードを言う。スイッチ１３０はスイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がノーマルモードを示す時に送信器１１０から出力される送信信号をスイッチ１４０に伝達して、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がテストモードを示す時に送信器１１０から出力される送信信号をスイッチ２３０に伝達する。スイッチ２３０はスイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がノーマルモードを示す時にスイッチ２４０を通じて伝達された受信信号を受信器２３０に伝達して、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がテストモードを示す時にスイッチ１３０を通じて送信器１１０から伝送される送信信号を受信器２２０に伝達する。

図３を参照すると、段階Ｓ７００で、マルチ送受信システム３０００の初期化が実行される。初期化段階はシステム３０００の各回路構成をリセットして、信号の処理及び送受信を開始するように設定する全過程を含む。

段階Ｓ７０１で、スイッチ１３０、２３０が自体周波数オフセット推定状態に設定される。スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がテストモードを示すことに従って、スイッチ１３０は送信器１１０から出力される送信信号をスイッチ２３０に伝達するように、そしてスイッチ２３０はスイッチ１３０から伝達された信号を受信器２２０に伝達するように設定される。

段階Ｓ７０２で、基準送受信器１００内の送信器１１０はテスト信号を伝送する。図４はテスト信号の一例を示す。送信器から伝送される送信信号の一フレームはプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）とペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）とを含む。プリアンブルは受信器の同期及びチャンネル推定などのために使用される。ペイロードには実質的なデータが含まれる。テストモードで、プリアンブルには自体周波数オフセットを推定するのに必要な信号が含まれ、ペイロードにはヌル（ｎｕｌｌ）データが含まれる。望ましい実施形態で、プリアンブルに含まれるテストパターンは２個以上繰り返し的に構成される。

送信器から出力されるテスト信号のｎ番目のサンプルをｓ（ｎ）、そして受信器から受信されたテスト信号のｎ番目のサンプルをｒ（ｎ）とする時、周波数オフセットΔｆによる位相回転は以下の式(1)のように表現される。Ｔｓはサンプリング間隔を意味する。

Ｎサンプリング間隔ごとに同一のパターンを有する場合、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ＋Ｎ）は同一の値である。しかし、周波数オフセットが存在する場合、二つのサンプル間の共役複素数掛け算を取った後、その角度を計算すれば、周波数オフセットによって回転した位相の大きさになり、具体的な式は次のようになる。

実際自体周波数オフセットは非常に小さい値であるので、図４に示したようにテスト信号に含まれるテストパターンを３個以上連続して配列する場合、共役複素数掛け算を取った一対のサンプリング値間の距離を確張して推定性能を高めることができる。

再び、図２及び図３を参照すると、段階Ｓ７０３で、受信器２２０はスイッチ１３０、２３０を通じて送信器１１０から伝送されたテスト信号を受信する。

段階Ｓ７０４で、周波数オフセット推定器２２６は受信された信号の自体周波数オフセットを推定する。基準送受信器１００のオフセット周波数Δｆ_１と送受信器２００のオフセット周波数Δｆ_２との差である自体周波数オフセットは自体周波数オフセット補償器２１１に伝達される。

段階Ｓ７０５で、スイッチ１３０、２３０をノーマル状態で設定する。すなわち、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ２がノーマルモードを示すことによって、スイッチ１３０は送信器１１０から出力される送信信号をスイッチ１４０に伝達するように、そしてスイッチ２３０はスイッチ２４０から伝達された信号を受信器２２０に伝達するように設定される。

自体周波数オフセット補償器２１１の自体周波数オフセットを設定して、スイッチ１３０、２３０をノーマル状態で設定することによってテストモードは完了する。

段階Ｓ７０６で、マルチ送受信システム３０００が伝送モードであるか否かが判別される。伝送モードである時、その制御は段階Ｓ７０７に進行する。

段階Ｓ７０７で、スイッチング信号ＳＷ＿Ｃ１に応答してスイッチ１４０はスイッチ１３０を通じて送信器１１０から出力される伝送信号をアンテナ１０１に伝達して、スイッチ２４０は送信器２１０から出力される伝送信号をアンテナ２０１に伝達する。この際、送受信器２００内のデータ処理器(図示しない)から出力される信号ＴＸ２＿Ｉ、 ＴＸ２＿Ｑは自体周波数オフセット補償器２１１によって自体周波数オフセットが補償された後デジタル−アナログ変換器２１２、２１３に各々提供される。したがって、送信器１１０、 ２１０からアンテナ１０１、２０１を通じて出力される送信信号間の自体周波数オフセットは０である。

自体周波数オフセットを推定するためのテストモードはマルチ送受信システム３０００の初期化動作直後だけでなく、データ信号送受信がない待機モードで周期的に行われることができる。したがって、段階Ｓ７０８で、テストモードであるか否かが判別され、テストモードに進入する時、その制御は段階Ｓ７０１に進行して、上述の自体周波数オフセット設定動作が繰り返して実行される。

送受信器１００、２００間の自体周波数オフセットを周期的に推定し、再設定する動作を繰り返すことによって、送受信器１００、２００間の自体周波数オフセットを除去することができる。

もしマルチ送受信システム３０００内の３個以上の送受信器が含まれる場合、送受信器のうちの一つは基準送受信器として設定され、残りの送受信器は各々自体周波数オフセット補償器を含む。自体周波数オフセット補償器を含む送受信器は基準送受信器から出力されるテスト信号に根拠して自体周波数オフセットを補償する。したがって、マルチ送受信システム３０００内のＫ個の送受信器が含まれても送受信器から出力される送信信号間の自体周波数オフセットは０として設定されることができる。

例示的な望ましい実施形態を利用して本発明を説明したが、本発明の範囲は開示された実施形態に限定されないことはよく理解されるであろう。したがって、請求範囲はそのような変形例及びその類似の構成の全部を含むこととして、できる限り幅広く解釈されなければならない。

マルチ送受信システムを簡略に概念的に示すブロック図である。 本発明の望ましい実施形態によるマルチ送受信システムの構成を示す図である。 本発明の望ましい実施形態によるマルチ送受信システムの動作手順を示すフローチャートである。 テスト信号の一例を示す図である。

符号の説明

１０００、２０００ マルチ送受信システム
１００〜６００ 送受信器
１１０、２１０ 送信器
１２０、２２０ 受信器
１３０〜２４０ スイッチ
１０１〜６０１ アンテナ
１１１、１１２、２１２、２１３ デジタル−アナログ変換器
１２２、１２３、２２２、２２３ アナログ−デジタル変換器
１１３、１１４、１２４、１２５、２１４、２１５、２２４、２２５ ミキサー
１１５、２１６ 合算器
１１７、２１７ ＰＬＬ
１５０ オシレータ

Claims (19)

1. マルチ送受信システムの周波数オフセットを補償する方法において、
   第１送受信器から第２送受信器にテスト信号を伝送する段階と、
   前記テスト信号と基準信号の周波数オフセットを推定する段階と、
   前記第１及び第２送受信器から信号を伝送する段階と、
   前記第２送受信器は前記推定された周波数オフセットを補償した前記信号を伝送することを特徴とする周波数オフセット補償方法。
2. 前記周波数オフセットは前記テスト信号と前記基準信号との間の搬送波周波数オフセットであることを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセット補償方法。
3. 前記テスト信号はプリアンブルとペイロードとを含むことを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセット補償方法。
4. 前記プリアンブルは搬送波信号を含むことを特徴とする請求項３に記載の周波数オフセット補償方法。
5. 前記テスト信号はテストパターンを少なくとも二つ含むことを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセット補償方法。
6. マルチ送受信システムの周波数オフセットを補償する方法において、
   第１搬送波信号と第２搬送波信号とを比較して周波数オフセットを推定する段階と、
   前記推定された周波数オフセットで補償された信号を外部装置に伝送する段階とを含むことを特徴とする周波数オフセット補償方法。
7. テストモードの間前記第１搬送波信号は前記第２搬送波信号と比較されることを特徴とする請求項６に記載の周波数オフセット補償方法。
8. 前記第１搬送波信号は第１送受信器によって発生され、前記第２搬送波信号は第２送受信器によって発生されることを特徴とする請求項６に記載の周波数オフセット補償方法。
9. 前記第１送受信器は前記第１搬送波信号を前記第２送受信器に伝送して、前記第２送受信器は前記周波数オフセットを推定することを特徴とする請求項８に記載の周波数オフセット補償方法。
10. 伝送モードの間前記第２送受信器は前記推定された周波数オフセットで補償された前記信号を伝送することを特徴とする請求項６に記載の周波数オフセット補償方法。
11. 第１信号を送受信する第１送受信器と、
    第２信号を送受信する第２送受信器と、
    テストモードの間前記第１送受信器から伝送される前記第１信号を前記第２送受信器に伝達するスイッチング回路とを含み、
    前記第２送受信器は前記第１信号と基準信号との間の周波数オフセットを推定することを特徴とするマルチ送受信システム。
12. 前記周波数オフセットは前記第１信号及び前記基準信号間の搬送波周波数オフセットであることを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。
13. 前記第２送受信器は、
    前記第１信号及び前記基準信号間の周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、
    前記推定された周波数オフセットが入力され、前記推定された周波数オフセットで補償された前記第２信号を発生する自体周波数補償器とを含むことを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。
14. 前記第１信号はテスト信号であり、前記テスト信号はテストモードの間前記第１送受信器から前記第２送受信器に伝送されることを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。
15. 前記テスト信号は少なくとも二つのテストパターンを含むことを特徴とする請求項１４に記載のマルチ送受信システム。
16. 前記第２送受信器はノーマル伝送モードの間前記推定された周波数オフセットで補償された前記第２信号を伝送することを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。
17. 前記第１スイッチ回路は前記第１送受信器内に具備され、テストモードの間前記第１送受信器からの前記第１信号を前記第２スイッチに伝送し、ノーマル伝送モードの間前記第１送受信器からの前記第１信号を外部装置に伝送することを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。
18. 前記第２送受信器内に具備され、前記テストモードの間前記第１スイッチ回路からの前記第１信号を周波数オフセット推定器に伝送し、前記ノーマル伝送モードの間前記推定された周波数オフセットで補償された前記第２信号を外部装置に伝送する第２スイッチ回路とをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のマルチ送受信システム。
19. 第１搬送波信号を発生するオシレータと、
    前記第１送受信器内に具備され、前記第１搬送波信号が入力され、前記第１搬送波信号を第２搬送波信号に変換する第１位相固定ループと、
    前記第２送受信器内に具備され、前記第１搬送波信号が入力されて、前記第１搬送波信号を第３搬送波信号に変換する第２位相固定ループとを含むことを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送受信システム。

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