JP2007060664A - Ｏｆｄｍシステム及びサンプリング周波数オフセットの推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最尤推定法を用いてサンプリング周波数オフセットを推定する場合に推定検索領域を縮小させ、簡単で正確にサンプリング周波数オフセットを推定する。
【解決手段】予め設定される基準パイロット副搬送波を用いて搬送周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定部７００と、サンプリングした受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部５００と、推定した搬送周波数オフセットのサイズ、システムの最大サンプリング周波数オフセット、及び最尤推定の分解能に基づき、ＯＦＤＭシンボル毎に検索領域のサイズ及び検索領域の範囲を計算し、ＯＦＤＭシンボル毎に計算した検索領域の範囲内で前記最尤推定を行い、サンプリング周波数オフセットを推定するオフセット推定部７２０と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＯＦＤＭシステム及びサンプリング周波数オフセットの推定方法に関し、詳細には最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）法を用いてサンプリング周波数オフセットを推定する場合に推定検索領域を縮小させるＯＦＤＭシステム及びサンプリング周波数オフセットの推定方法に関する。

直交周波数分割多重化方式であるＯＦＤＭ方式は、直列形態で入力されるデータ列を所定のブロック単位の並列データに変換した後、並列化したシンボルを互いに直交である相違する搬送周波数に多重化（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）し、広帯域伝送を多数の狭帯域並列伝送に変える方式である。こうしたＯＦＤＭ方式は無線通信環境下で多重経路フェージング（ｆａｄｉｎｇ）に強く、高速データ伝送が可能である。

ＯＦＤＭシステムにおいて、サンプリング周波数オフセット推定（ｔｒａｃｋｉｎｇ）は大体パイロット副搬送波（ｐｉｌｏｔ ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）を利用する。パイロット副搬送波を利用する方式では、パイロットシンボルと呼ばれる送受信端が知っているデータを伝送し、受信端が同期化を行うのに使う。ＯＦＤＭ送受信端において、信号の変換のために使われるＤＡコンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）やＡＤコンバータ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を作るために発振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を使用するが、送受信端の発振器は正確に同一の周期を持たない（特許文献１及び特許文献２参照）。

こうしたサンプリング周波数オフセットは副搬送波を回転させ、それによりサンプリング瞬間が一致しなくなり、ＩＣＩ（Ｉｎｔｅｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が発生することによってＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）の損失が発生し、結局副搬送波の直交性が崩れる。

図１Ａ及び図１Ｂは、時間領域においてサンプリング周波数オフセットの影響を説明するための図面である。図１Ａは、サンプリング周波数オフセットが正数の場合を示す図面であり、図１Ｂは、サンプリング周波数オフセットが負数の場合を示す図面である。

図１Ａに示すように、送信機のサンプリング時間が受信機のサンプリング時間より早い場合、時間の経過につれ送受信機間のサンプリングの時間差が増加する。従って、一定時間後には受信機のサンプル数が送信機のサンプル数より一つ残り、一つのサンプルを削除（１−ｓａｍｐｌｅ ｒｏｂｂｉｎｇ）しなければならない。

図１Ｂに示すように、送信機のサンプリング時間が受信機のサンプリング時間より遅い場合にも、図１Ａと同じく、時間の経過につれ送受信機間のサンプリングの時間差が増加する。従って、一定時間後には受信機のサンプル数が送信機のサンプル数より足りなくなり、一つのサンプルを追加（１−ｓａｍｐｌｅ ｓｔｕｆｆｉｎｇ）しなければならない。

図２は、周波数領域においてサンプリング周波数オフセットの影響を説明するための図面である。

図２に示すように、周波数領域において副搬送波のインデックスとサンプリング周波数オフセットによる位相差は線形関係を有する。そして、サンプリング周波数オフセットによりＯＦＤＭシンボル毎にタイミングオフセットが異なるため、周波数領域では位相回転の量が異なるようになる。図２に示すように、ＯＦＤＭシンボルインデックスが増加するほど位相変化量は増加する。

従って、このようなサンプリング周波数オフセットを正確に推定し、周波数領域では周波数オフセットによる位相変化を補償し、時間領域ではサンプルを削除又は追加し、周波数オフセットによるサンプル数の差を補償する必要がある。

従来のサンプリング周波数オフセットの推定方法のうち最尤推定法は、分解能に応じて予め設定されたパイロット信号と受信したパイロット信号との相関度を計算し、最大相関度を有するパイロット信号を検出してサンプリング周波数オフセットを推定する（非特許文献参照）。この時、最尤推定法は次の数式（３）に表すことができる。

ここで、Δｔは、サンプリング周波数オフセット、Ｙ_m,kは、ｍ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目パイロット副搬送波、Ｘ_kは、ｋ番目の基準パイロット副搬送波を示す。そして、ｔは、サンプリングタイミングオフセット、Ｍは、サンプリングタイミングオフセットの分解能を示す。このとき、ｔ∈［−１，−１／Ｍ，．．．，０，．．．１／Ｍ，．．．１］に該当し、ｔは、トータル（２Ｍ＋１）個になる。
こうした最尤推定法を用いたサンプリング周波数オフセット推定の性能及び複雑度は、サンプリングタイミングオフセットを示すサンプリング分解能（Ｍ）によって決定される。例えば、分解能が１６の場合、サンプリング時間の１／１６＝０．０６２５に該当する時間の誤差まで分解可能である。
しかし、従来の最尤推定法は、シンボル数（Ｎ）が１２８、パイロット副搬送波の数（Ｎ_p）が１２、サンプリングタイミングオフセット分解能（Ｍ）が１６の場合、数式（３）に示すようなコンプレックス掛け回数はＮ（２Ｍ+１）Ｎ_p＝３９６になる。従って、サンプリング周波数オフセットを推定する構造が極めて複雑である。

また、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）ＭＢＯＡ（ＭｕｌｔｉＢａｎｄ ＯＦＤＭ Ａｌｌｉａｎｃｅ）の場合、５２８ＭＨｚのサンプリング周波数に対して１つのＯＦＤＭシンボルが１６５個のサンプルで構成されるが、１つのコンプレックスマルチプライア（ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）を使う場合、３９６／１６５＝２．４のＯＦＤＭシンボルの時間が必要である。従って、ＯＦＤＭシンボル毎に推定が必要な場合には１つのコンプレックスマルチプライアを使った推定方法は適用できない。３つのコンプレックスマルチプライアを並列で使う場合には、０．７７のＯＦＤＭシンボルの時間が必要であるため、ＯＦＤＭシンボル毎に推定が可能である。しかし、コンプレックスマルチプライアを多数使う場合は、ＯＦＤＭ受信機の複雑度は相当増加し、電力消費が増加する問題がある。
米国特許 ６１９８７８２ 韓国公開特許 １９９８−０７６４９４ Ｍａｎ−Ｏｎ Ｐｕｎ、Ｓｈａｎｇ−Ｈｏ Ｔｓａｉ Ｃ．−Ｃ．ｊａｙ ｋｕｏ著、ＣＦＯと多数のＯＦＤＭＡのチャネル情報からＭＬＥを推定する方法、２００４年、ＩＥＥＥ、［平成１８年８月２１日検索］インターネット〈 ｈｔｔｐ:／／ｖｉｏｌａ．ｕｓｃ．ｅｄｕ／ｎｅｗｅｘｔｒａ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／ＰＤＦ／ＶＴＣ／２００４Ｆ＿ＶＴＣ＿Ｐｕｎ．ｐｄｆ〉

本発明の目的は、最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）法を用いてサンプリング周波数オフセットを推定する場合に推定検索領域を縮小させ、簡単で正確にサンプリング周波数オフセットが推定できるＯＦＤＭシステム及びサンプリング周波数オフセット推定方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係るサンプリング周波数オフセット推定方法が適用されるＯＦＤＭシステムは、最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を用いてサンプリング周波数オフセットを推定するＯＦＤＭシステムにおいて、搬送周波数とサンプリング周波数とを生成する発振器と、生成されたサンプリング周波数にて受信信号をサンプリングする変換部と、予め設定される基準パイロット副搬送波を用いて搬送周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定部と、サンプリングした受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、推定した搬送周波数オフセットのサイズ、システムの最大サンプリング周波数オフセット、及び最尤推定の分解能に基づき、ＯＦＤＭシンボル毎に検索領域のサイズ及び検索領域の範囲を計算し、ＯＦＤＭシンボル毎に計算した検索領域の範囲内で最尤推定を行い、サンプリング周波数オフセットを推定する誤差推定部と、を含む。

誤差推定部は、推定した搬送周波数オフセットのサイズに応じて、最尤推定の検索方向を決定する決定部と、システムの最大サンプリング周波数オフセットと最尤推定の分解能とを用いて、最尤推定検索領域のサイズを計算し、計算したサイズに基づいてＯＦＤＭシンボル毎に検索領域を計算する計算部と、ＯＦＤＭシンボル毎に計算された検索領域内で、受信信号のパイロット副搬送波と基準パイロット副搬送波との最大相関度を計算し、サンプリング周波数オフセットを検出する検出部と、を含むことが好ましい。

ここで、ＯＦＤＭシンボル毎の検索領域の範囲は、以前のＯＦＤＭシンボル検索領域の終了点を開始点とし、開始点に計算された検索領域のサイズを足した値を終了点として決定することが好ましい。

好ましくは、推定したサンプリング周波数オフセットによって変化した位相を補償する位相補償部と、推定したサンプリング周波数オフセットに基づいて検出した１サンプルシフトした位置から１サンプルを追加又は削除する削除／追加部を更に含む。

一方、本発明のサンプリング周波数オフセットの推定方法は、最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を用いてサンプリング周波数オフセットを推定するＯＦＤＭシステムにおいて、受信信号のパイロット副搬送波を用いて推定される搬送周波数オフセットを用いて最尤推定検索方向を決定する段階と、システムの最大サンプリング周波数オフセットと最尤推定の分解能とを用いて、最尤推定検索領域のサイズを計算する段階と、計算した検索領域のサイズに基づき、ＯＦＤＭシンボル毎に最尤推定検索領域の範囲を計算する段階と、ＯＦＤＭシンボル毎に計算した検索領域内で、受信信号のパイロット副搬送波と予め設定されたパイロット副搬送波との最大相関度を計算し、サンプリング周波数オフセットを推定する段階と、を含む。
好ましくは、最尤推定検索領域のサイズは、次の数式（４）によって計算される。

ここで、Ｋは、前記検索領域のサイズ、Δｆ_sは、前記システムの最大サンプリング周波数オフセット、Ｎ_sは、ＯＦＤＭシンボルサイズ、Ｍは、前記最尤推定の分解能、ｆ_sはサンプリング周波数、そしてＡは定数を示す。

そして、ＯＦＤＭシンボル毎の検索領域の範囲は、以前のＯＦＤＭシンボル検索領域の終了点を開始点とし、開始点に計算された検索領域のサイズを足した値を終了点として決定することが好ましい。

本発明によると、推定した搬送周波数オフセットの符号とサンプリング周波数オフセットに発生する最大位相変化量が制限されることを用いて最尤推定の検索領域を縮小させ、簡単にサンプリング周波数オフセットが推定できるだけではなく推定エラーを減らすことができる。

これにより、最尤推定時に用いられるコンプレックスマルチプライア（Ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）の複雑度を下げ、駆動電力を減少させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
図３は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭシステムを説明するための図面である。

図３に示すように、本実施形態に係るＯＦＤＭシステムは、発振器１００、乗算器（特許請求の範囲に記載の変換部）２００、周波数オフセット推定部３００、削除／追加部４００、ＦＦＴ部５００、等化部６００、オフセット推定部（特許請求の範囲に記載の誤差推定部）７００及び位相補償部８００を含む。

発振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１００は、一定の搬送周波数とサンプリング周波数とを生成する。
乗算器２００は、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部（図示せず）の出力を発振器１００で生成された一定の周波数にてサンプリングする。

周波数オフセット推定部３００は、搬送周波数のオフセットを推定し、ＦＦＴ部５００は、サンプリングした受信信号を周波数領域に変換する。
等化部６００は、パイロット副搬送波を用いて推定されたチャネルに基づき、チャネル環境に応じた受信信号の多重経路を除去する。

オフセット推定部７００は、決定部７１０、計算部７２０、検出部７３０を含み、最尤推定の分解能に応じて予め設定された基準パイロット信号と受信したパイロット信号との相関度を計算し、最大相関度を有するパイロット信号を検出することで、サンプリング周波数オフセットを推定する。

詳細には、決定部７１０は、周波数オフセット推定部３００にて推定された搬送周波数の符号に応じて最尤推定方向を決定する。同一の発振器１００で搬送周波数とサンプリング周波数が生成される場合、発振器１００の誤差は同一である。従って、指定した搬送周波数オフセットが正数である場合は、受信機のサンプリング時間が送信機のサンプリング時間より遅いということが分かり、推定した搬送周波数オフセットが負数である場合は、受信機のサンプリング時間が送信機のサンプリング時間より早いということが分かる。

従って、決定部７１０は、サンプリング周波数オフセットが正数の場合、予め設定された基準パイロット副搬送波より早い時間に受信したパイロット副搬送波間の相関度を計算するように推定検索方向を決定する。

計算部７２０は、最尤推定検索領域のサイズと、ＯＦＤＭシンボル毎の最尤推定検索領域、つまり検索領域の開始点と終了点を計算する。計算部７２０は、最尤推定の分解能とＯＦＤＭシステムに応じて決定される最大サンプリング周波数オフセットに基づき、最尤推定検索領域のサイズを計算する。

そして、最尤推定の開始の際、ＯＦＤＭシンボルの推定検索領域の開始点を「０」とし、計算された検索領域のサイズを足した値を終了点として計算し、検索領域を計算する。そして、以後のＯＦＤＭシンボルの最尤推定検索領域の開始点は、以前のＯＦＤＭシンボル検索領域の終了点として計算し、終了点は開始点に検索領域のサイズ分だけ足した値として計算し、ＯＦＤＭシンボルの最尤推定検索領域を計算する。

検出部７３０は、ＯＦＤＭシンボル毎に計算された最尤推定の範囲内で、予め設定された基準パイロット副搬送波と受信したパイロット副搬送波との最大相関度を検出し、サンプリング周波数オフセットを計算する。
位相補償部８００は、オフセット推定部７００にて推定されたサンプリング周波数誤差を用いて位相歪みを周波数領域で補償する。

削除／追加部（ｒｏｂ／ｓｔｕｆｆ ｕｎｉｔ）４００は、オフセット推定部７００にて推定されたサンプリング周波数オフセットに応じて、コピーされたサンプルを１つ追加するか信号から１つのサンプルを削除する。この時、サンプリング周波数オフセットが正数の場合は１サンプルを削除し、サンプリング周波数オフセットが負数の場合は１サンプルを追加する。

サンプリング周波数の誤差によってサンプリング瞬間の変化が次第にサンプリング周期より大きくなるため、１サンプルのシフトが発生する位置を検出し、サンプルを追加するか削除してサンプリング周波数の誤差による歪みを時間領域で補償する。これにより、ＦＦＴ部５００では時間によって変化するＦＦＴウィンドウ（Ｗｉｎｄｏｗ）の開始位置を調整する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法を説明するための図面である。
図４Ａに示すように、受信信号と遅延された受信信号とを用いて周波数オフセットの推定を行う（Ｓ９１１）。

搬送周波数とサンプリング周波数が一つの発振器１００によって発生される場合、搬送周波数オフセットとサンプリング周波数オフセットは同一の比率で発生する。従って、サンプリング周波数を推定するための最尤推定の方向を決定するために、周波数オフセットを先に推定する。

次に、最尤推定時に適用するサンプリング周波数オフセットの推定方向を決定する（Ｓ９１３）。
例えば、搬送周波数が３９６０ＭＨｚで、誤差が４０ｐｐｍ（Ｐａｒｔｓ Ｐｅｒ Ｍｉｌｌｉｏｎ）である場合、搬送周波数オフセットは３９６０×４０になる。この時、発振器１００の誤差が４０ｐｐｍである場合、サンプリング周波数に適用される誤差も４０ｐｐｍになる。そして、搬送周波数オフセットが正数であるため、受信機のサンプリング時間が送信機のサンプリング時間より遅いということが分かる。

従って、サンプリング周波数オフセットを推定するために、最尤推定の分解能（ＭＬＥ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に基づき、予め設定された基準パイロット副搬送波の時間以前の受信信号のパイロット副搬送波と、基準パイロット副搬送波との相関度を計算し、最尤推定をすることができる。これにより、基準パイロット副搬送波の時間以後の受信信号のパイロット副搬送波と、基準パイロット副搬送波との相関度を計算する必要がなくなり、最尤推定時の計算量を１／２に減少させることができる。

次に、最尤推定の分解能と最大サンプリング周波数オフセットとを用いて、最尤推定検索領域のサイズを計算する（Ｓ９１５）。
それぞれのシンボルに対して最尤推定の分解能の範囲内で基準パイロット副搬送波と受信パイロット搬送波との相関度を計算する場合、計算量は非常に大きい。

サンプリング周波数オフセットによって周波数領域で発生する位相の変化量は、時間につれ増加するが、システムに応じて最大サンプリング周波数のオフセットが制限されているため、サンプリング周波数オフセットによって変化できる位相変化量の幅は制限されている。従って、最尤推定を用いてこうした位相変化量を推定する場合、位相変化量の推定検索領域をシンボル毎に制限することで、最尤推定の計算量を減少させ、推定エラーを減少させることができる。

ＯＦＤＭシンボル毎に応じて変化し得るサンプリングタイミングインデックスのサイズは、サンプリング周波数オフセット、ＯＦＤＭシンボルサイズ、最尤推定の分解能、サンプリング周波数によって決定されるため、シンボルインデックスによる推定検索の範囲は次の数式（５）に表すことができる。

ここで、Ｋは、検索領域のサイズ、Δｆ_sは、ＯＦＤＭシステムの最大サンプリング周波数オフセット、Ｎ_sは、ＯＦＤＭシンボルサイズ、Ｍは、最尤推定の分解能、ｆ_sはサンプリング周波数、そしてＡは定数を示す。

数式（５）に示すように、ＯＦＤＭシンボル間で変化し得るサンプリングタイミングインデックスのサイズは最小「１」であるため、最尤推定検索の範囲は少なくとも２つのサンプリングタイミングインデックスに対して行わなければならない。また、サンプリング周波数オフセットの推定が雑音などによって間違う場合、推定エラーはＯＦＤＭシンボルインデックスの増加に従ってＯＦＤＭシンボルに影響を与えるため、それを防止するために最小「３」のサンプリングタイミングインデックスに対して検索する。従って、サンプリング周波数オフセット、ＯＦＤＭシンボルサイズ、最尤推定の分解能、及びサンプリング周波数で計算された値に「３」を足した値を推定検索の範囲と決定する。しかし、場合によっては足す値は「２」以上の他の値に調整することがある。

次に、推定検索領域のサイズを決定した後、ＯＦＤＭシンボルインデックス毎に検索領域の開始点と終了点を計算する（Ｓ９１７）。
サンプリング周波数オフセットの推定開始点は「０」であり、推定検索範囲がＫであるため、サンプリング周波数オフセットの推定開始時の第１ＯＦＤＭシンボルの検索領域は［０、Ｋ−１］になる。次のシンボルである第２ＯＦＤＭシンボルの最尤推定の検索領域は、第１ＯＦＤＭシンボルの検索終了点を第２ＯＦＤＭシンボルの開始点とし、Ｋ範囲分だけとなる。第２ＯＦＤＭシンボル後のシンボルの検索領域は前述と同様の方法により決定される。
ＯＦＤＭシンボルの最尤推定検索領域の開始点と終了点は次の数式（６）に表すことができる。

数式（６）と数式（７）において、ｎ_sとｎ_eは、それぞれ推定検索領域の開始点と終了点を示し、Ｋは、推定検索領域のサイズを示す。そして、Ｍは最尤推定の分解能を示す。また、ｎ_maxは、以前のＯＦＤＭシンボルにて推定したサンプリングタイミングインデックス（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｉｍｉｎｇ ｉｎｄｅｘ）である。

数式（７）に示すように、ＯＦＤＭシンボルの検索領域の開始点を以前のシンボルの検索領域の終了点とすることができる。しかし、数式（６）に示すように、発生し得る誤差を考慮し、以前のシンボルの検索領域の終了点から所定値を減算した値をＯＦＤＭシンボルの検索領域の開始点として決定することもできる。

図５は、図４ＡにおけるＯＦＤＭシンボル毎に適用されるサンプリング周波数オフセットの推定検索領域を計算する方法を説明するための図面である。
図５に示すように、ＯＦＤＭシンボルインデックスに応じて最尤推定の検索領域の開始点は増加するが、推定検索範囲のサイズはＫと同一である。この時、最尤推定の検索領域は数式（６）に示すように、ＯＦＤＭシンボルの検索領域の開始点を以前のシンボルの検索領域の終了点として決定したものではなく、以前のシンボルの検索領域の終了点から所定値を減算した値をＯＦＤＭシンボルの検索領域の開始点として決定したものである。

従って、従来のようにそれぞれのＯＦＤＭシンボル毎に［０、Ｍ−１］を検索領域として最尤推定を行うことではなく、それぞれのＯＦＤＭシンボルに対して［０、Ｍ−１］より小さい検索領域で最尤推定を行う。

最尤推定時、コンプレックスマルチプリケーションは、２ＭＮ_pであるが、本発明ではＫＮ_pになる。ここで、Ｍは最尤推定の分解能、Ｎ_pはパイロット副搬送波の数を示す。従って、最尤推定の分解能（Ｍ）より小さい検索範囲のサイズ（Ｋ）で最尤推定を行うことにより、最尤推定時の計算量が減少でき、サンプリング周波数オフセットを正確に推定することができる。

次に、計算された最尤推定の検索領域内で、基準パイロット副搬送波と受信されたパイロット副搬送波との最大相関度を計算し、サンプリング周波数オフセットを推定する（Ｓ９１９）。
一方、本発明に係るサンプリング周波数オフセットを図４Ｂに示すように推定することができる。図４Ａに基づいて前述したように、搬送周波数オフセット（ＣＦＯ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ）が正数か否かを判断する（Ｓ９５０）。
搬送周波数オフセットが正数か否かに応じて、最尤推定を用いてサンプリング周波数の推定時、基準パイロット副搬送波と受信されたパイロット副搬送波との相関度を計算する。

搬送周波数オフセットが正数の場合は（Ｓ９５０で「Ｙ」）、受信機のサンプリング時間が送信機のサンプリング時間より遅い場合であって、Ｓ９５１〜Ｓ９５６を行う。
最尤推定の検索領域のサイズがＫである場合に最尤推定を行う時、開始時の推定検索領域は、「０」から「ｋ−１］までの範囲内で、「１」を最尤推定の分解能（Ｍ）で割ったサイズの単位で相関度を計算する（Ｓ９５１、Ｓ９５２、Ｓ９５３）。

次に、最大相関度を有するサンプリングタイミングが（Ｍ−１）であるか否かを判断し、最大相関度を有するサンプリングタイニングが最尤推定の分解能に該当するか否か判断する（Ｓ９５４）。
サンプリングタイミングが最尤推定の分解能に該当する場合は、サンプリング周波数オフセットによって１サンプルの差異が発生した場合に該当する。従って、１サンプルを削除し、サンプリング周波数オフセットによる位相変化を時間領域で補償する（Ｓ９５７）。

一方、サンプリングタイミングが最尤推定の分解能に該当しない場合は、サンプリング周波数オフセットによって１サンプルの差異が発生していない場合に該当し、次のＯＦＤＭシンボルに対して最尤推定を行う。以前のＯＦＤＭシンボルの最尤推定検索領域の終了点を最尤検索領域の開始点とし、Ｋサイズ分だけの検索領域内で最尤推定を行う（Ｓ９５５、Ｓ９５６）。

次に、最尤推定を行ったシンボルが最後のシンボルに該当するが否かを判断し（Ｓ９５８）、最後のシンボルではない場合（Ｓ９５８で「Ｎ」）には、Ｓ９５４〜Ｓ９５８の動作を繰り返し、最後のシンボルである場合（Ｓ９５８で「Ｙ」）は、サンプリング周波数オフセットの推定動作を終了する。

一方、搬送周波数オフセットが負数である場合（Ｓ９５０で「Ｎ」）は、受信機のサンプリング時間が送信機のサンプリング時間より遅い場合であって、Ｓ９９１〜Ｓ９９６を行う。これは最尤推定の方向のみ相異するだけでサンプリング周波数の推定方法は前述した搬送周波数オフセットが正数の場合と同一である。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法と、従来のサンプリング周波数オフセットの推定方法の性能をシミュレーションした結果を示すグラフである。

図６Ａは、従来と本発明に係るサンプリング周波数オフセットをそれぞれ適用する場合のＭＳＥ（Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）を示す図面である。図６Ａに示すように、本発明のサンプリング周波数オフセットを適用する場合、従来のサンプリング周波数オフセットに比べＭＳＥが減少することが分かる。

図６Ｂは、従来と本発明に係るサンプリング周波数オフセットをそれぞれ適用する場合のＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）とＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を示す図面である。図６Ｂに示すように、本発明のサンプリング周波数オフセットを適用する場合、ＢＥＲとＰＥＲも従来に比べ減少することが分かる。

図６Ａ及び図６Ｂに示すサンプリング周波数オフセットの性能をシミュレーションした条件は、ＵＷＢ ＭＢＯＡでサンプリング率（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ）が５２８ＭＨｚで、データ率（ｄａｔｅ ｒａｔｅ）が５３．３Ｍｂｐｓである。そして、ＯＦＤＭシンボルサイズが１６５、使用データサイズが１２８、ｚｅｒｏ−ｐｒｅｆｉｘとｇｕａｒｄ−ｉｎｔｅｒｖａｌが３７、パイロット副搬送波の数が１２、ペイロードサイズが１０２４バイトの条件でＭＳＥ、ＰＥＲ、ＢＥＲを測定した。そして、サンプリング周波数オフセットは０−４０ｐｐｍとし、多重経路チャネルモデルはＣＭ１とした。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが本発明の技術的範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

時間領域においてサンプリング周波数オフセットの影響を説明するための図面である。 時間領域においてサンプリング周波数オフセットの影響を説明するための図面である。 周波数領域においてサンプリング周波数オフセットの影響を説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭシステムを説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法を説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法を説明するための図面である。 図４ＡにおけるＯＦＤＭシンボル毎に適用されるサンプリング周波数オフセットの推定検索領域を計算する方法を説明するための図面である。 本発明に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法と従来のサンプリング周波数オフセットの推定方法の性能をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明に係るサンプリング周波数オフセットの推定方法と従来のサンプリング周波数オフセットの推定方法の性能をシミュレーションした結果を示すグラフである。

Claims (9)

1. 最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を用いてサンプリング周波数オフセットを推定するＯＦＤＭシステムにおいて、
   搬送周波数とサンプリング周波数とを生成する発振器と、
   生成された前記サンプリング周波数にて受信信号をサンプリングする変換部と、
   予め設定される基準パイロット副搬送波を用いて搬送周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定部と、
   サンプリングした前記受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、
   推定した前記搬送周波数オフセットのサイズ、前記システムの最大サンプリング周波数オフセット、及び前記最尤推定の分解能に基づき、ＯＦＤＭシンボル毎に検索領域のサイズ及び前記検索領域の範囲を計算し、前記ＯＦＤＭシンボル毎に計算した前記検索領域の範囲内で前記最尤推定を行い、前記サンプリング周波数オフセットを推定する誤差推定部と、
   を含むことを特徴とするＯＦＤＭシステム。
2. 前記誤差推定部は、
   前記推定した搬送周波数オフセットのサイズに応じて、前記最尤推定の検索方向を決定する決定部と、
   前記ＯＦＤＭシステムの最大サンプリング周波数オフセットと前記最尤推定の分解能とを用いて、前記最尤推定の検索領域のサイズを計算し、計算した前記サイズに基づいて前記ＯＦＤＭシンボル毎に前記検索領域を計算する計算部と、
   前記ＯＦＤＭシンボル毎に計算された前記検索領域内で、前記受信信号のパイロット副搬送波と前記基準パイロット副搬送波との最大相関度を計算し、前記サンプリング周波数オフセットを検出する検出部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭシステム。
3. 前記最尤推定の検索領域のサイズは、式（１）によって計算されることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭシステム。
   

   

   ここで、Ｋは前記検索領域のサイズ、Δｆ_sは、前記システムの最大サンプリング周波数オフセット、Ｎ_sは、ＯＦＤＭシンボルサイズ、Ｍは、前記最尤推定の分解能、ｆ_sはサンプリング周波数、そしてＡは定数を示す。
4. 前記ＯＦＤＭシンボル毎の検索領域の範囲は、以前のＯＦＤＭシンボル検索領域の終了点を開始点とし、前記開始点に計算された前記検索領域のサイズを足した値を終了点として決定することを特徴とする請求項２に記載のＯＦＤＭシステム。
5. 推定した前記サンプリング周波数オフセットによって変化した位相を補償する位相補償部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭシステム。
6. 推定した前記サンプリング周波数オフセットに基づいて検出した１サンプルシフトした位置から１サンプルを追加又は削除する削除／追加部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭシステム。
7. 最尤推定（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を用いてサンプリング周波数オフセットを推定するＯＦＤＭシステムにおけるサンプリング周波数オフセットの推定方法であって、
   受信信号のパイロット副搬送波を用いて推定される搬送周波数オフセットを用いて前記最尤推定の検索方向を決定する段階と、
   前記システムの最大サンプリング周波数オフセットと前記最尤推定の分解能とを用いて、前記最尤推定の検索領域のサイズを計算する段階と、
   計算した検索領域のサイズに基づき、ＯＦＤＭシンボル毎に前記最尤推定の検索領域の範囲を計算する段階と、
   前記ＯＦＤＭシンボル毎に計算した前記検索領域内で、前記受信信号のパイロット副搬送波と予め設定されたパイロット副搬送波との最大相関度を計算し、前記サンプリング周波数オフセットを推定する段階と、
   を含むことを特徴とするサンプリング周波数オフセットの推定方法。
8. 前記最尤推定の検索領域のサイズは、式（２）によって計算されることを特徴とする請求項７に記載のサンプリング周波数オフセットの推定方法。
   

   

   ここで、Ｋは前記検索領域のサイズ、Δｆ_sは、前記システムの最大サンプリング周波数オフセット、Ｎ_sは、ＯＦＤＭシンボルサイズ、Ｍは、前記最尤推定の分解能、ｆ_sはサンプリング周波数、そしてＡは定数を示す。
9. 前記ＯＦＤＭシンボル毎の検索領域の範囲は、以前のＯＦＤＭシンボル検索領域の終了点を開始点とし、前記開始点に計算された前記検索領域のサイズを足した値を終了点として決定することを特徴とする請求項７に記載のサンプリング周波数オフセットの推定方法。
   

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