JP2006527562A

JP2006527562A - マルチキャリア通信システム用受信機

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Publication number: JP2006527562A
Application number: JP2006516629A
Authority: JP
Inventors: バルトアブラハムジェイデ; エドウィンアールディッリング
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR20060022687A; EP1636957B1; CN1802833A; DE602004005343T2; US20060198449A1; DE602004005343D1; US7830970B2; EP1636957A1; WO2004110012A1; ATE357103T1; CN100547989C

Abstract

マルチキャリア通信システムにおける受信機が、データキャリア(DC)とデータ・パイロット・キャリア(PC)とを備えるデータシンボル(DS)に先行するトレーニングシンボル(T1、T2)中にトレーニング・パイロット・キャリア(TRPC)を受信する。受信機は、制御信号(CEC)の制御下で、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対して訂正が行われたデータキャリア(DC)を含む訂正済み信号(CDC1)を供給する訂正ユニット(171)を持つ。品質決定ユニット(174)は、データ・パイロット・キャリア(PC)の位置で発生するトレーニング・パイロット・キャリア(TRPC)のうちどれが所定の品質基準を満たすかを決定する。制御ユニット(175)は、対応するトレーニング・パイロット・キャリア(TRPC)が所定の品質基準を満たすデータ・パイロット・キャリア(PC)の振幅及び／又は位相に依存し、かつ対応するトレーニング・パイロット・キャリア(TRPC)が所定の品質基準を満たさないデータ・パイロット・キャリア(PC)に依存しない制御信号(CEC)を提供する。

Description

本発明は、情報を送信するマルチキャリア技術に基づく通信システムにおける受信機に関する。このようなマルチキャリア技術は、例えば、OFDM(直交周波数分割多重)であり、例えば、DAB(デジタルオーディオ放送)、DVB(デジタルビデオ放送)、及びHiperLAN/2やIEEE 802.11aのような屋内通信コンセプトに適用される。マルチキャリアソリューションは、ADSL(非デジタル加入者回線)やHDSL(高速デジタル加入者回線)にも導入されており、それはDMT(離散マルチトーン)と呼ばれる。

本発明は、更に、マルチキャリア変調された信号の受信方法、このような受信機を有するマルチキャリア通信システム、及びこのような受信機を含む無線マルチキャリア通信システムに関する。

EP-A-0903898（特許文献１）は、直交周波数分割多重(OFDM)受信機におけるイコライザを開示する。データシンボルは、明確に定義された所定の位相及び振幅で送信されたパイロットキャリアを有する。データシンボルのパイロットキャリアは、受信機で抽出される。これらのパイロットキャリアの位相及び振幅は、パイロットキャリアの予想位相及び予想振幅と比較される。パイロットキャリアの位相及び振幅に関し、予想されたものと受信したものとの差は、パイロットキャリアの位置でのチャネル特性により決定される。補間器は、パイロットキャリアに挟まれるデータキャリアのチャネル特性を補間する。周波数領域におけるイコライザは、検出された差を訂正するため、受信した信号にチャネル特性の逆をかけるよう制御される。
欧州特許第０９０３８９８(EP-A-0903898)号明細書

しかしながら、チャネルが非常に減衰する場合、データシンボルに対して補間されたチャネル特性が、実際のチャネルを十分に表現しているとはいえないであろう。

本発明の目的は、非常に減衰するチャネルに対し、より好適に対応することができるマルチキャリア通信受信機を提供することにある。

本目的は、マルチキャリア通信システムにおける受信機により達成され、その受信機は、データキャリアとデータ・パイロット・キャリアとを含むデータシンボルに先行するトレーニングシンボル間に、トレーニング・パイロット・キャリアを受信するよう構成されるマルチキャリア通信システム用受信機であって、制御信号の制御下において、コモン・アンプリチュード・エラー(common amplitude error:共通振幅誤差)及び／又はコモン・フェーズ・エラー(common phase error:共通位相誤差)に対して訂正が行われる上記データキャリアに関する情報を含む訂正済み信号を供給する訂正ユニットと、上記データ・パイロット・キャリアの位置で発生する上記トレーニング・パイロット・キャリアのうちどれが所定の品質基準を満たすかを決定する品質決定ユニットと、対応するトレーニング・パイロット・キャリアが上記所定の品質基準を満たす上記データ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相に依存し、かつ対応するトレーニング・パイロット・キャリアが上記所定の品質基準を満たさない上記データ・パイロット・キャリアに依存しない上記制御信号を供給する制御ユニットとを有する。

本目的は、マルチキャリア通信システムにおけるマルチキャリア・キャリア変調された信号を受信する方法によっても達成され、その方法は、データキャリアとデータ・パイロット・キャリアとを含むデータシンボルに先行するトレーニングシンボル間にトレーニング・パイロット・キャリアを受信し、制御信号の制御下において、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する訂正が行われる上記データキャリアに関する情報を含む訂正済み信号を提供し、上記データ・パイロット・キャリアの位置で発生する上記トレーニング・パイロット・キャリアのうちどれが所定の品質基準を満たすかを決定し、対応するトレーニング・パイロット・キャリアが上記所定の品質基準を満たす上記データ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相に依存し、かつ対応するトレーニング・パイロット・キャリアが上記所定の品質基準を満たさない上記データ・パイロット・キャリアに依存しない上記制御信号を提供することを有する。

本目的は、更に、このような受信機を有するマルチキャリア通信システム及びこのような受信機を有する無線マルチキャリア通信システムによっても達成され、そのシステムは、変調されたマルチキャリア高周波信号を空中を介して送信する送信機を有し、その受信機は、その高周波信号を受信する手段を含む。

周波数選択性フェーディングを伴うチャネルにおいて、種々の周波数を備える種々のキャリアが、種々の減衰及び種々の位相シフトに苦しむことになる。受信機は、キャリア毎にこれらの歪みの推定を行う必要があり、キャリアの位相と振幅とがビットにデマップ(demap:逆マップ化)される前にそれらを訂正する必要がある。通常、チャネル推定器は、各データキャリアにおける位相歪み及び振幅歪みを推定するのに、トレーニングシンボルを用いる。チャネル推定器は、チャネル訂正器に訂正制御信号を与える。チャネル訂正器は、訂正済み信号を得るためのチャネル訂正器への入力信号の振幅及び／又は位相を訂正するよう信号経路に挿入される。

チャネル推定は、例えば、追加的なノイズ又は変化するチャネル特性が原因となり、完全に正確ではない。ショートフレームに対しては、チャネル特性は、静的であると仮定されることができる。しかしながら、ロングフレームに対しては、チャネル特性は、時間と共に変化する場合がある。

本発明の側面によれば、受信した信号はデータシンボルのバーストに先行するトレーニングシンボルを有する。トレーニングシンボルは、トレーニング・パイロット・キャリアと呼ばれるパイロットキャリアを有する。通常２つのトレーニングシンボルが存在する。データシンボルは、データキャリアと、データ・パイロット・キャリアと呼ばれるパイロットキャリアとを有する。

品質決定ユニットは、データ・パイロット・キャリアのキャリア位置に対応するキャリア位置でのトレーニング・パイロット・キャリアの品質を、そのトレーニング・パイロット・キャリアが所定の品質基準を満たすかどうかをチェックすることにより決定する。

制御ユニットは、制御信号を決定するため、対応するトレーニング・パイロット・キャリアが所定の品質基準を満たすデータ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相のみを用い、対応するトレーニングパイロットが品質基準を満たさないデータ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相は用いない。

訂正ユニットは、制御信号により制御され、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する訂正が行われるデータシンボルにおけるデータキャリアに関する情報を有する訂正済み信号を与える。通常、特定のデータキャリアに関する情報とは、このデータキャリアで変調されたデータの振幅及び／又は位相である。

例えば、周波数選択性フェーディングを伴うチャネルにおいて、フェーディングは、トレーニング・パイロット・キャリアにおける１つの周波数で、又はその周波数の近辺で生じる場合がある。トレーニング・パイロット・キャリアの振幅及びその対応するデータ・パイロット・キャリアの振幅は、それらは同じ周波数で送信されるものだが、とても小さいであろう。こうして、これらのデータ・パイロット・キャリアは、データ・パイロット・キャリアに挟まれるデータキャリアでのチャネルにおける共通振幅誤差及び共通位相誤差をあまりよく表しているとはいえない。こうして、この特定のデータ・パイロット・キャリアの振幅及び位相が使われない場合、これらの共通誤差のより好適な推定が得られる。

特に、もしストリーミング・ビデオデータが送信される場合、共通誤差の推定は可能な限り良好であることが重要である。データリカバリの質が最適でないと、ストリーミングデータは中断され、不快な偽映像を生じさせることになる。これは、データフレームが再送信される可能性のあるデータ転送システムに対してはあまり厳格には要求されない。

本発明の実施形態によれば、マルチキャリア通信システムにおける受信機において、制御ユニットは、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する推定を提供するために、所定の品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアに対応するデータ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相を平均化するよう構成される。所定の品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアに対応するデータ・パイロット・キャリアとは、品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアのキャリア周波数に等しいキャリア周波数で生じるデータ・パイロット・キャリアであることを意味する。簡単化のため、これらのデータ・パイロット・キャリアは、使用可能データ・パイロット・キャリアと呼ばれる。一方、品質基準を満たさないトレーニング・パイロット・キャリアに対応するデータ・パイロット・キャリアは、使用不能データ・パイロット・キャリアと呼ばれる。

簡単な平均化の手法が推定を決定するのに使用されることができる。使用可能データ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相情報を使い、より複雑な演算を用いることも可能であろう。例えば、トレーニングシンボルとデータ・パイロット・キャリアとの両方に関して通常行われる推定に基づき、データ・パイロット・キャリアの近くのデータキャリアが、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対して訂正されてもよい。

本発明による実施形態において、制御ユニットは、その平均化を各データシンボルに対して行うよう構成される。ここで、各データシンボルに対して、このデータシンボル間の共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差を訂正するため上述の使用可能データ・パイロット・キャリアが使われる。こうして、チャネル特性がデータ・パイロット・キャリアの１つ（又はそれ以上）の周波数において強いフェーディングを示すときでさえ、フェーディングする周波数で発生しないデータ・パイロット・キャリアのみが使用されるので、各データシンボルに対する訂正は最適であろう。また、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差を訂正するのに、所定数の、好ましくは連続するデータシンボルを結合すること、及びこれら結合されたデータシンボルの使用可能データ・パイロット・キャリアを使うことも可能であろう。これは、必要な計算量を減少させる。もしいくつかのトレーニングシンボルが存在するなら、適切なトレーニング・パイロット・キャリアに関する品質決定が同じ周波数で発生する２つのトレーニング・パイロット・キャリアの平均に対して行われてもよい。

本発明による実施形態において、受信機は、更に、データシンボルを供給する高速フーリエ変換回路を有し、上記訂正済み信号は、データキャリアの位相及び振幅を表す。

本発明による実施形態において、品質決定ユニットは、トレーニング・パイロット・キャリアの振幅を参照振幅と比較するよう構成され、トレーニング・パイロット・キャリアの振幅が参照振幅より大きい場合に限りトレーニング・パイロット・キャリアの特定の１つが所定の品質基準を満たす。周波数選択性フェーディングが生じるチャネルにおいて、フェーディングは、トレーニング・パイロット・キャリアの１つの周波数で、又はその周波数の近辺で生じる場合がある。トレーニング・パイロット・キャリアの振幅及び対応するデータ・パイロット・キャリアの振幅は、とても小さいであろうし、データ・パイロット・キャリアが発生するデータシンボル内のデータキャリアでのチャネルにおける共通振幅誤差及び共通位相誤差をあまりよく表していない。こうして、この特定のデータ・パイロット・キャリアの振幅及び位相が使用されない場合、これらの共通誤差のより好適な推定が得られる。

本発明による実施形態において、品質決定ユニットは、トレーニング・パイロット・キャリアの位相をトレーニング・パイロット・キャリアの位相の平均値と比較するよう構成され、トレーニング・パイロット・キャリアの位相と平均値との位相差が所定の値より小さい場合に限りトレーニング・パイロット・キャリアの特定の１つが所定の品質基準を満たす。ここで、トレーニング・パイロット・キャリア間の位相差はあまり大きくないであろうことが予想される。もし、例えば、特定のトレーニングシンボルに対して、トレーニング・パイロット・キャリアの１つが、他のトレーニング・パイロット・キャリアの位相とは所定の値以上異なる位相を持つ場合、異なるデータシンボル間に生じる対応データ・パイロット・キャリアは、共通誤差の推定への使用から除外されるであろう。多くの受信状態に対しこれはよい推定を提供するかもしれないが、しかしながら、ある受信状態においては、他のトレーニング・パイロット・キャリアに関して大きな位相差を持つトレーニング・パイロット・キャリアであってもそれが推定を決定するのに使用されるべきである。そこで、対応するトレーニング・パイロット・キャリアが余りに小さい振幅を持つデータ・パイロット・キャリアを除外することが好ましい。

本発明による実施形態において、マルチキャリア通信システムは、直交周波数分割多重OFDMに基づく。OFDMはそのようなものとしてよく知られた変調技術である。

本発明のこれら及び他の目的は、本書に説明される実施形態により明らかとなり、また実施形態を参照して説明されるであろう。

図１は、IEEE 802.11a標準規格で規定されるデータフレームを示す図である。データフレームDFは、プリアンブルPRとデータシンボルDSとを有する。

プリアンブルPRは、１０のショートシンボルt1からt10を有し、全部あわせてデータシンボルDS２つ分の持続時間を持つ。プリアンブルPRは、更に、２つのトレーニングシンボルT1とT2とを有し、それぞれの持続時間は、データシンボルDSの持続時間に等しい。ガードインターバルGI2は、２つのトレーニングシンボルT1とT2とに先行する。ショートシンボルt1からt10は、信号検出、AGC、キャリア周波数推定（粗い周波数オフセット推定）及びFFT窓の位置決め（タイミング同期）に使用される。２つのトレーニングシンボルT1とT2とは、固定され、同一であり、BPSK(二相位相偏移変調)変調され、かつ、チャネルの周波数特性を推定する目的及びイコライザを初期化する目的に使用される（チャネル推定及び精細な周波数オフセット推定）。トレーニングシンボルT1とT2とは、トレーニング・パイロット・キャリアと呼ばれるパイロットキャリアを有する。トレーニング・パイロット・キャリアは、所定の、そして受信機においてよく知られている振幅と位相とを持つ。HiperLan/2準拠のフレームは、１６マイクロ秒の同様なプリアンブルを持つ。

トレーニングシンボルT1とT2との後には、受信機に対する情報を含むシグナルシンボルSIと、データD1、D2、…を含むデータシンボルDSとが続く。これらのシンボルはそれぞれ、ガードインターバルGIにより先行される。各データシンボルDSは、イコライザを更新する目的、及びわずかな同期誤差を訂正する目的に使用可能な４つのパイロットキャリアPC（図２参照）を有する。

図２は、データシンボル内のキャリアの分布を示す図である。IEEE 802.11aとHiperLAN/2との両標準規格において、OFDM技術が使用され、５２のキャリアCA(０を除く−２６から＋２６までで番号付けされている)が、３１２．５kHzのキャリア間隔で変調されている。４つのパイロットキャリアPCは、番号−２１、−１４、１４及び２１という固定されたキャリア位置で発生し、BPSK変調される。４８のデータキャリアDCは、パイロットキャリアPCに占有されていないキャリアCAで発生する。データキャリアDCは、BPSK変調、QPSK変調、16-QAM変調、又は64-QAM変調されることができる。番号ゼロのキャリアは変調されない。図２において、水平軸は周波数を表し、垂直軸はキャリアCAの振幅Aを表す。

図３は、マルチキャリア通信システムのブロック図を示す図である。図３の回路を詳細に説明する前に、まずマルチキャリアシステムにおける既知の問題について触れておく。

各シンボルt1からt10、T1、T2、SI、DSは、お互いに関して比較的小さい周波数オフセットを持つ複数のキャリアCAを有する。各キャリアCAにおいて、複素数データが変調され、シンボルの持続時間中存在する。例えば、データのI要素とQ要素の離散的な組み合わせにより得られる離散データ値である６４のコンステレーションポイントを与える64-QAMを用いて、そのデータは変調される。通常、複数のキャリアCAは高周波信号で変調され、空中又はケーブルを介して送信される。

普通、空中を介して送信されるフレームDFは、それが受信機に届く時非常に歪められるであろう。送信機により送信された信号は、送信機と受信機との間のチャネルにおいて歪められる。特に屋内環境においては、通常はエコー(echo:反響)が発生し、周波数選択性フェーディングをチャネルにもたらす。更に、送信された信号は、チャネル及び受信機において付加されるノイズにより劣化するであろう。受信機のアナログ・フロントエンドは、キャリア及びサンプリングクロック周波数誤差並びに利得誤差をもたらす。結果的に、種々のキャリア周波数での種々のキャリアCAは、種々の減衰と種々の位相シフトに苦しむことになる。OFDM変調された信号は、広範囲のキャリア周波数を使うので、受信機はキャリアCA毎にこれらの歪みを推定する必要がある。受信機は、キャリアCA毎の推定を使い、キャリアCAがビットに復調又は逆マップ化される前に、これらの誤差に対してキャリアCAを訂正する。通常、この訂正は、FFTの後段に実装され、周波数領域でのイコライゼーション(equalization:均一化)と呼ばれる。ショートフレームDFに対して、チャネル特性は一定であると考えてよく、ロングフレームに対しては、チャネル特性は時間と共に変化すると考えてよい。

チャネルを介して運ばれてきた後受信機のアンテナ１に届く送信された信号は、非常に減衰される場合がある。受信機のRFフロントエンド（１から１２を有する）は、アンテナ信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、ADC９、１１の入力範囲を最適に使用するAGC機能８、１０を提供する。RFフロントエンドは、多量のノイズを付加する場合がある。AGCは、ショートトレーニング・シンボルt1からt10の間に制御される。AGCの値は、トレーニングシンボルT1とT2中及びデータシンボルDS中は変化しないであろう。こうして、フロントエンドの振幅要素は、これらの直前に上述したシンボルの間固定されているはずである。しかしながら、AGCループにおける時間定数とスイッチ効果とにより、すべてのキャリアCAにおける振幅の変動が、すべてのキャリアCAに対して共通に発生する場合がある。それは、コモン・アンプリチュード・エラー (common amplitude error: 共通振幅誤差)CAEと呼ばれる。キャリアCAの振幅は、チャネル特性を変化させることによっても、例えば、送信機と受信機との視線上にある障害物があることにより、影響されるかもしれない。

受信機におけるイコライザ１７は、最適なパフォーマンスを得るため、及び受信したキャリアの位相及び振幅を、このキャリアCAで変調されたビット値を回復することができるよう使用するデマッパ(demapper: 逆マップ化器)１８へ最も可能性のある入力を与えるために、これらすべての効果を考慮に入れるべきである。

ショート・トレーニングシンボルt1からt10は、高周波キャリアの周波数を推定するのに使用される。この推定は、完璧でなくてよく、残留キャリア周波数誤差が残っていてよい。キャリア周波数誤差は、OFDM信号に含まれるすべてのキャリアに関して存在するであろう。FFTの後、これはすべてのOFDMシンボルにおける位相誤差として目に見えるようになり、位相誤差は、各OFDMシンボルと共に（キャリア周波数誤差の符号に依存して）増加又は減少するであろう。FFTの後、この位相の変化は、ここでも同一であり、すべてのキャリアCAに対して存在する。そこで、コモン・フェーズ・エラー (common phase error: 共通位相誤差)CPEと呼ばれる。共通位相誤差CPEの絶対値は、キャリア周波数誤差の開始位相に依存する。こうして、復調の間、最初のOFDMシンボルにおける共通位相誤差CPEは、周波数誤差の位相によって決定される所定の値を持つであろう。最初の共通位相誤差CPEが一旦判明すると、次の共通位相誤差CPEは、周波数誤差の関数であり、計算されることができる。周波数誤差が、キャリア空間の約１パーセントであると仮定すると、シンボルからシンボルへの最大の共通位相誤差CPEの変化は、約０．０７８５ラジアンである。

ADC９、１１のサンプリングクロックCLKでのタイミング誤差は、OFDMシンボルのキャリアに関する位相誤差の原因となる。タイミング誤差は、キャリアのインデックス番号と共に線形に増加又は減少する位相誤差をもたらし、そこでしばしば微分位相誤差DPEと呼ばれる。静的なタイミング誤差は、FFT窓がOFDMシンボルの開始タイミングでは正確に開始しないことをもたらし、キャリアCAの位相シフトがそのインデックスに比例することをもたらす。こうして、もしインデックス１で示されるキャリアは、位相シフトがなく、インデックス２で示されるキャリアが、k度の位相シフトを持つとすると、インデックス３で示されるキャリアは、2k度の位相シフトを持つであろう。クロック周波数誤差は、各OFDMシンボルに対して増加又は減少するタイミングエラーをもたらす。こうして、最初のOFDMシンボルにおいて、２つの連続するキャリアCA間での位相変化がk度である場合、次のOFDMシンボルにおいて、２つの連続するキャリアCA間での位相変化は、k度よりも小さいか又は大きい。IEEE 802.11a及びHiperLAN/2に対して、サンプリングクロックCLKは、キャリア周波数を生成するクロックに固定されてもよいことに留意されたい。受信機における構成部品の数を減らすには、クロック周波数参照用とキャリア周波数参照用との両方に単一の水晶を使用することができる。

ここで、図３に示される送信機が説明される。既知のOFDM送信機２０は詳細には説明されない。OFDM送信機２０は、例えば、図１に関して説明されるようなフレームDFのバーストを提供する。図３に示される本発明による実施形態において、送信機は、フレームDFのバーストを高周波キャリアで変調する。この高周波キャリアで送信されたデータシンボルDSは、送信済みデータキャリアTDCと送信済みパイロットキャリアTPCとを有する送信済みデータシンボルTDSと呼ばれる。

OFDM受信機は、変調された高周波信号を受信するアンテナ１と、その変調された高周波キャリアを増幅する高周波増幅器２とを有する。周波数コンバータ３は、通常ミキサであるが、増幅器２により与えられる高周波信号と、バンドパス・フィルタ５を介してI/Q復調器６に与えられる中間周波数信号を得るため、ローカル発振器４からの発振器信号との両方を受信する。I/Q復調器６は、データシンボルDSの１つにおけるデータキャリアDCの１つで変調された複素数データ信号の要素を表す、ベースバンドのI及びQ信号を提供する。I/Q復調器６は、固定周波数発振器７から発振周波数を受信する。例えば、高周波信号は、およそ5GHzとしてよく、ローカル発振器４は、中間周波数およそ1.9GHzが結果として生じるよう、およそ3.1GHzを提供することができる。ローカル発振器４は、受信されるべき所望の信号チャネルに合わせるよう、調整可能であってよい。固定発振器７はおよそ1.9GHzの周波数を提供する。

信号Iは、アナログ信号Iのデジタル表現DIを得るためAGC回路８を介してADC9に与えられる。信号Qは、信号Qのデジタル表現DQを得るためAGC回路１０を介してADC１１に与えられる。同期ユニット１３は、デジタル信号DI及びDQを受信し、AGC回路８及び１０を制御するようショートシンボルt1からt10を使う。ADC９と１１及び固定周波数発振器７に対するクロック信号CLK信号は、同じ水晶発振器１２を起源とすることができる。

デジタル信号DI及びDQは、位相回転された信号RDI及びRDQを提供するデロウテイタ(derotator:逆回転器)１４に与えられる。例えば、逆回転器１４は、複素数信号I+jQを訂正位相

倍し、

を提供する。逆回転器１４により与えられる位相回転は、粗い位相訂正信号PHCに依存し、精細な位相訂正信号PHFに依存してもよい。粗い位相訂正信号PHCは、トレーニングシンボルt1〜t10及びT1、T2に基づき同期回路１３により決定される。精細な位相訂正信号PHFの生成は、後に後述されるであろう。シリアル信号RDI及びRDQは、シリアルパラレル・コンバータ１５によってパラレル信号PDに変換される。実際、シリアルパラレル・コンバータ１５では、FFT処理１６を実行することができる時間で十分なサンプルが収集される。ガードインターバルは、ここでも同様にストリップされる(stripped:除かれる)。FFTの開始の瞬間は、ショート・トレーニングシンボルt1からt10に基づいている。IEEE 802.11aの場合、８０のうち６４のサンプルがFFTで使用される。FFTプロセッサ１６は、更に、同期ユニット１３からFFT窓の位置に関する情報FWを受信する。FFTされた信号FDは、均一化された信号EDを得るためイコライザ１７に与えられる。デマッパ(demapper:逆マップ化器)１８は、均一化された信号EDを出力データビットODへと逆マップ化する。

既知のチャネル推定器１９は、FFTされた信号FDを受信し、どのデータパイロットが共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差を補間するのに使用されることができるかを決定するための品質基準に対して、データシンボルDSにおける４つのデータ・パイロット・キャリアPCに対応する４つのトレーニング・パイロット・キャリアTRPCを評価する。イコライザ１７を制御する制御信号CECを得るため、これらのデータ・パイロット・キャリアPCの振幅及び／又は位相だけが平均化される。データシンボルを、FFT処理１６後に得られるものと区別することができるようにするため、これらのデータシンボルは、受信済みデータキャリアDCと受信済みパイロットキャリアPCとを有し、受信済みデータシンボルDSと呼ばれる。図３に示される受信機において、検出された位相誤差は、逆回転器１４に送られる精細な位相訂正信号PHFとして示される。振幅誤差は、イコライザ１７で訂正される。図４に関して説明されるように、イコライザ１７で位相誤差を訂正することもできる。

チャネル推定器１９は、スライサ１９０即ち硬判定ユニットを有してよい。スライサ１９０は、受信したキャリアCAを最も近いコンステレーションポイントに逆マップ化する。これは、スライサ１９０がFFTされた信号である入力信号EDに基づき、最も送信された可能性の高いコンステレーションポイントがどこかに関して硬判定をすることを意味する。こうして、チャネル推定器１９は、入力信号EDも受信する。受信したキャリアEDと、決定されたコンステレーションポイントにおける位相及び振幅を持つ決定済み(decided on)キャリアHDSとの間の位相及び振幅における差が使用される。位相差は、逆回転器１４又はイコライザ１７で訂正されてよい。振幅差は、イコライザ１７で訂正されてよい。

図４は、本発明の実施形態によるイコライザ１７のブロック図を示す図である。図３に示されるイコライザ１７は、ここでは、パイロットキャリアPCを受信するCAE/CPE推定ユニット１７０を有し、データキャリアDCにおける共通位相誤差CPEと共通振幅誤差CAEとを訂正するCAE/CPE訂正ユニット１７１へ制御信号CECを与える。DPE訂正ユニット１７２は、訂正済みキャリアCDC1とクロック周波数誤差推定とを受信する。もし、送信機において、水晶が高周波キャリアとクロックCLKとの両方を生成するのに使用される場合、同期ユニット１３からの粗い周波数誤差推定PHCが微分位相誤差DPEを訂正するのに使用されることができる。

CAE/CPE推定ユニット１７０は、品質決定回路１７４と制御ユニット１７５とを有する。

品質決定回路１７４は、トレーニング・パイロット・キャリアTRPCと、品質基準RAとを受信し、制御ユニット１７５へ品質決定信号QDを与える。品質決定信号QDは、データシンボルDS間に発生する４つのデータ・パイロット・キャリアPCのキャリア周波数に関してトレーニングシンボルT1及び／又はT2におけるどのトレーニング・パイロット・キャリアTRPCが、その品質基準RAを満たすかを示す。例えば、非常に周波数選択性フェーディングが起きるチャネルにおいて、フェーディングはデータ・パイロット・キャリアPCにおける１つの周波数、及びトレーニング・パイロット・キャリアTRPCにおいて対応する１つの周波数で発生するかもしれない。トレーニング・パイロット・キャリアTRPCの振幅、及び対応するデータ・パイロット・キャリアPCの振幅は、とても短いだろうし、データ・パイロット・キャリアPCが属するデータシンボルのデータキャリアDCにおける、チャネルでの共通振幅誤差及び共通位相誤差を表現していないであろう。こうして、もしこの特定のパイロットキャリアPCの振幅及び位相が使われないならば、これらの共通誤差CAE/CPEのより好適な推定が得られる。好ましい実施形態においては、品質決定回路１７４が、データ・パイロット・キャリアPCのそれぞれに対応するトレーニング・パイロット・キャリアTRCPの振幅を、所定の値RAと比較する。対応するトレーニング・パイロット・キャリアTRPCの振幅が、所定の値RAより大きい場合、特定のデータ・パイロット・キャリアPCにおける振幅及び／又は位相が使われるのみである。所定の値RAは、種々の環境で動作する種々のシステムに対して異なっていてよい。所定の値RAは、RAを種々の値とすることでいくつかの種を提供して行う方法又はフィールドで実験的に行う方法を用い受信機をシミュレートすることにより決定される。

制御ユニット１７５は、品質決定信号QDとデータ・パイロット・キャリアPCとを受信し、品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアTRPCに対応するデータ・パイロット・キャリアPCのみを用い、CAE/CPE訂正回路１７１へ与えられる制御信号CECを決定する。好ましい実施形態においては、制御ユニット１７５は、品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアTRPCに対応するデータ・パイロット・キャリアPCに対して、データシンボルDSにおけるデータ・パイロット・キャリアPCの振幅を平均化する。それから制御ユニット１７５は、データシンボルDSにおけるデータ・パイロット・キャリアPCのこの平均化された振幅と、データ・パイロット・キャリアPCにおける既知の所定振幅の平均との間の差を決定する。制御信号CECは、平均化された振幅と既知の所定振幅との間のこの差を訂正するCAE/CPE訂正回路１７１を制御する。こうして、制御ユニット１７５は、品質基準を満たすトレーニング・パイロット・キャリアTRPCに対応するデータ・パイロット・キャリアPCに対して、受信したデータシンボルDSのデータ・パイロット・キャリアRPCの位相を平均化する。それから、制御ユニット１７５は、この平均化された位相とデータ・パイロット・キャリアPCにおける既知の所定位相との間の差を決定する。制御信号CECは、平均化された位相と既知の所定位相との間の差を訂正するCAE/CPE訂正回路１７１を制御する。通常、訂正回路１７１は、共通振幅誤差CAEと共通位相誤差CPEとの両方を訂正する制御信号CECを提供するが、これらの共通誤差のうち一方のみを訂正することも可能である。

チャネル訂正器１７３は、DPE訂正回路１７２から訂正済みキャリアCDC2を受信し、スライサ１９０を有するチャネル推定器１９への入力信号EDを提供する。チャネル推定器１９は、チャネル訂正器１７３を制御する制御信号ECを決定する。通常、チャネル推定器１９は、制御信号ECを決定するのにトレーニングシンボルT1とT2とに関する訂正済みキャリアCDC2のみを使用し、チャネルによりもたらされた位相歪み及び振幅歪みが完全なフレームDF間に実質的に補間されるようにする。しかしながら、チャネル特性がフレームDF間に変化する場合、この訂正は最適ではないだろう。変化するチャネル特性を訂正するのに４つのパイロットキャリアPCを使用することが知られている。しかし、４つのパイロットキャリアPCを使用することは、完全なキャリア係数セットに対するチャネルトラッキングを提供するには十分ではない。

周波数選択性フェーディングを伴うチャネルにおいては、種々のキャリアCAが種々の減衰及び種々の位相シフトに苦しむことになるであろう。受信機は、キャリアCA毎にこれらの歪みの推定を行い、それらがビットに逆マップ化される前にそれらを訂正する必要がある。チャネル推定器１９は、２つのトレーニングシンボルT1とT2とを用いて各キャリアCAの位相歪み及び振幅歪みを推定する、既知のオリジナルチャネル推定器１９１を有する。この推定は、初期推定IEと呼ばれる。オリジナルチャネル推定器１９１は、追加的なノイズにより完全に正確ではないであろうことに留意されたい。ショートフレームに対して、チャネル特性は、静的であると仮定されることができるが、ロングフレームに対しては、チャネル特性が、時間と共に変化する場合がある。本発明の実施形態によるイコライザ１７は、データシンボルDS間にチャネル推定ECを更新するために、均一化されたキャリアEDとCDC2とを用いる。この更新は、フレームDFを受信する間に例えチャネル状態が変化したとしても、チャネル推定が正確な状態であり続けることを確実にする。チャネル更新は、多くのノイズを含んでいたとしても、トレーニングシンボルT1とT2とに基づき初期チャネル推定IEをも改善する。

チャネル推定器１９は、各データキャリアDCに対するトレーニングシンボルT1とT2中に決定される位相歪み及び振幅歪みを格納する。データキャリアDCは、チャネル訂正ユニット１７３に１つずつ与えられ、位相誤差及び振幅誤差は、データキャリアDCに対するチャネル推定ECを１つずつ使用することにより除去される。チャネル訂正ユニット１７３の後、各データキャリアDCは正確な位相及び振幅を持つべきであり、追加的なノイズによってのみ歪められている。チャネル訂正ユニット１７３の出力は、デマッパ１８に結合され、チャネル訂正ユニット１７３の入力はスライサ１９０に結合される。

スライサ１９０は、各データシンボルDSのキャリアを最も近いコンステレーションポイントHDS(すなわち、スライサ１９０が硬判定を行う)へと逆マップ化する。もしあれば、デマッパ１８のスライサを使うことも可能である。この硬判定HDSは、「送信されたキャリア」として解釈され、（チャネル訂正の前段である）比較器ユニット１９２において、受信したキャリアCDC2と比較される。受信したキャリアCDC2と、判定により決定された「送信されたキャリア」HDSとの間での振幅差及び位相差は、新しいチャネル推定NEとして使用される。通常、チャネルによりもたらされる歪みが原因で、受信したキャリアのコンステレーションポイントは、送信機におけるキャリアで変調された６４のコンステレーションポイントの１つとは一致しないのが普通であろう。こうして、受信したキャリアのコンステレーションポイントという言葉は、このキャリアが受信されたときの振幅及び位相という意味として使われる。

この新しいチャネル推定NEは、受信したコンステレーションポイントが硬判定の結果であるコンステレーションポイントと実質的に等しくなるよう訂正が行われるようチャネル訂正ユニット１７３を制御することにより、次のデータシンボルDSの同じキャリアCAに対して直接使用される場合がある。こうして、この訂正の後、チャネル訂正ユニット１７３の入力において、キャリアCAの振幅及び位相は実質的にスライサ１９０により決定されたコンステレーションポイントの振幅及び位相に等しい。

しかしながら、新しいチャネル推定NEを、チャネル訂正ユニット１７３の制御信号ECとして直接使用するのではなく、初期チャネル推定IEと新しいチャネル推定NEとを組み合わせて、更新されたチャネル推定ECを生成するフィルタ１９３を追加する方が好適である。例えば、更新されたチャネル推定ECは：

としてよく、ここで、NEは新しいチャネル推定であり、IEは初期チャネル推定である。初期チャネル推定IEは、トレーニングシンボルT1とT2とに基づき、チャネル推定器１９１により成されるチャネル推定である。αの最適な値は、チャネルにおけるSN比(signal to noise ratio)に依存する。１つ又は複数の初期チャネル推定IEと、新しいチャネル推定NEとに対して、別の平均化アルゴリズム又はロウパス・フィルタリングを使用することもまた可能である。

訂正済み信号（受信したキャリアのコンステレーションポイント）CDC2と、このキャリアCAの振幅及び位相を、受信したキャリアのコンステレーションポイントが判定により決定されたキャリアのコンステレーションポイントにもっと等しくなるように実質的に訂正するチャネル訂正器１７３を制御するスライサ１９０の出力信号（決定されたキャリアのコンステレーションポイント）HDSとの間の差を使用することは、既知のスライサ１９０とチャネル訂正器１７３とに対するいかなる変更をも必要としない。受信したキャリアのコンステレーションポイントと決定されたコンステレーションポイントとの間の差を決定し、この差と共にチャネル訂正器１７３を制御する新しいチャネル推定回路１９２を追加しさえすればよい。好ましくは、チャネル推定器１９は、更に、初期チャネル推定IEと新しいチャネル推定NEとを平均化する平均化回路１９３を有する。

上述した実施形態は、本発明を説明するものであり、限定するものではなく、当業者であれば、添付された請求項の範囲から逸脱することなく、多くの別の実施形態を設計することができるであろうことに留意すべきである。

請求項において、括弧の間に置かれる参照符号は、いずれも請求項を限定するものと解釈されるべきでない。単語“comprising(有する)”及びその活用形を使用することは、請求項に記載されている構成要素又はステップ以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。構成要素に先行する冠詞”a”又は”an”は、このような構成要素が複数であることを排除するものではない。本発明は、いくつかの明確な構成要素を有するハードウェアにより実装されてもよく、好適にプログラムされたコンピュータにより実装されてもよい。いくつかの手段を有する装置の請求項において、これらの手段のうちいくつかは、一つの同じ構成要素によって具現化されることが可能である。ある手段が相互に異なる従属請求項において再び引用されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に使われ得ないことを示すものではない。

IEEE 802.11a標準規格に規定されるデータフレームを示す図である。データシンボルにおけるキャリアの分布を示す図である。マルチキャリア通信システムのブロック図を示す図である。本発明の実施形態によるイコライザ及び推定器のブロック図を示す図である。

Claims

データキャリアとデータ・パイロット・キャリアとを含むデータシンボルに先行するトレーニングシンボル間に、トレーニング・パイロット・キャリアを受信するよう構成されるマルチキャリア通信システム用受信機であって、
制御信号の制御下において、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する訂正が行われる前記データキャリアに関する情報を含む訂正済み信号を提供する訂正ユニットと、
前記データ・パイロット・キャリアの位置で発生する前記トレーニング・パイロット・キャリアのうちどれが所定の品質基準を満たすかを決定する品質決定ユニットと、
対応するトレーニング・パイロット・キャリアが前記所定の品質基準を満たす前記データ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相に依存し、かつ対応するトレーニング・パイロット・キャリアが前記所定の品質基準を満たさない前記データ・パイロット・キャリアに依存しない前記制御信号を提供する制御ユニットとを有する、マルチキャリア通信システム用受信機。
前記制御ユニットが、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する推定を与えるため、前記対応するトレーニング・パイロット・キャリアが前記所定の品質基準を満たすデータ・パイロット・キャリアの前記振幅及び／又は前記位相を平均化するよう構成される、請求項１に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
前記制御ユニットは、前記平均化を各データシンボルに対して行うよう構成される、請求項２に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
前記受信機は、更に、前記データシンボルを提供する高速フーリエ変換回路を有し、前記訂正済み信号は、前記データキャリアの位相及び振幅を表す、請求項１に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
前記品質決定ユニットは、前記トレーニング・パイロット・キャリアの振幅を参照振幅と比較するよう構成され、前記トレーニング・パイロット・キャリアの振幅が前記参照振幅より大きい場合に限り前記トレーニング・パイロット・キャリアの特定の１つが
前記所定の品質基準を満たす、請求項１に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
前記品質決定ユニットは、前記トレーニング・パイロット・キャリアの位相を前記トレーニング・パイロット・キャリアの位相の平均値と比較するよう構成され、前記トレーニング・パイロット・キャリアの位相と前記平均値との位相差が所定の値より小さい場合に限り前記トレーニング・パイロット・キャリアの特定の１つが前記所定の品質基準を満たす、請求項１に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
前記マルチキャリア通信システムは、直交周波数分割多重に基づく、請求項１に記載のマルチキャリア通信システム用受信機。
マルチキャリア通信システムにおけるマルチキャリア・キャリア変調された信号を受信する方法であって、
データキャリアとデータ・パイロット・キャリアとを含むデータシンボルに先行するトレーニングシンボル間にトレーニング・パイロット・キャリアを受信し、
制御信号の制御下において、共通振幅誤差及び／又は共通位相誤差に対する訂正が行われる前記データキャリアに関する情報を含む訂正済み信号を提供し、
前記データ・パイロット・キャリアの位置で発生する前記トレーニング・パイロット・キャリアのうちどれが所定の品質基準を満たすかを決定し、
対応するトレーニング・パイロット・キャリアが前記所定の品質基準を満たす前記データ・パイロット・キャリアの振幅及び／又は位相に依存し、かつ対応するトレーニング・パイロット・キャリアが前記所定の品質基準を満たさない前記データ・パイロット・キャリアに依存しない前記制御信号を提供することを有する方法。
請求項７に記載の受信機を有するマルチキャリア通信システム。
請求項１に記載の受信機を有する無線マルチキャリア通信システムであって、前記システムは、変調されたマルチキャリア高周波信号を空中を介して送信する送信機を有し、前記受信機は、前記高周波信号を受信する手段を含む、無線マルチキャリア通信システム。