JP2007067821A - 無線受信装置およびスロット同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速フーリエ変換を実施することなしにスロットタイミングを検出し、システムの負荷を軽減すること。
【解決手段】 長ＧＩ用相関器１５３−１は、無線送信装置で使用された長いガードインターバル長を用いて相関演算を行う。短ＧＩ用相関器１５３−２は、無線送信装置で使用された短いガードインターバル長を用いて相関演算を行う。ピークタイミング検出部１５５−１は、平均算出部１５４−１で平均化された信号に対してピーク検出を行い、相関ピークの時刻ｔ１を算出する。ピークタイミング検出部１５５−２も同様に、相関ピークの時刻ｔ２を算出する。タイミング差テーブル１５６には、ｔ１−ｔ２と短ＧＩ位置情報との対応関係が予め記録されている。スロットタイミング検出部１５７は、タイミング差テーブル１５６を参照して、ｔ１−ｔ２に対応する短ＧＩ位置情報を取得する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）等を採用した通信システムで使用される無線受信装置およびスロット同期方法に関する。

近年、移動体通信では、音声以外にも、画像、テキストデータ等の様々な情報が伝送対象となっており、今後は、さらに高速な伝送に対する需要が高まるであろうと予想される。高速伝送を行うためには、限られた周波数資源をより効率よく利用して、高い伝送効率を実現する無線通信技術が求められている。このような要求は、特に、基地局から移動局への下り回線における通信に対して高い。

このような要求に応え得る無線通信技術の１つにＯＦＤＭと呼ばれる技術がある。ＯＦＤＭは、多数のサブキャリアを用いてデータを並列通信するマルチキャリア通信技術であり、高い周波数利用効率、マルチパス環境下でのシンボル間干渉（ＩＳＩ：InterSymbol Interference）低減等の特徴を有し、伝送効率の向上に有効であることが知られている。

ＯＦＤＭでは、マルチパスによる歪みの影響を軽減するために、ＯＦＤＭシンボル間にガードインターバル（ＧＩ：Guard Interval）を挿入する。そして、遅延波の遅延量がガードインターバル区間内に収まる場合は、シンボル間干渉を防止することができ、ＯＦＤＭシンボルの各サブキャリア間の直交性が維持される。

非特許文献１に、ＯＦＤＭシステムにおける初期セルサーチの方法が開示されている。この方法では、移動局がまず第１段階として、ガードインターバル部分の相関特性を利用してシンボルタイミング（ＦＦＴウィンドウタイミング）を検出する。次に第２段階として、パイロットチャネルを利用してフレームタイミングの検出を行う。具体的には、時間軸上で隣接するＯＦＤＭシンボル間で周波数軸方向の相関を取り、最も大きな相関値が得られるタイミングを検出することでフレームタイミングを検出する。さらに第３段階として、第２段階で検出されたフレームタイミングに基づくパイロットチャネル受信タイミングにおいて、すべてのスクランブルコードを仮定してパイロットチャネルレプリカと受信信号との相関をとり、すべてのスクランブルコードで相関検出を行い、スクランブルコードを同定する。
丹野、新、樋口、佐和橋、「下りリンクブロードバンドＯＦＣＤＭにおける共通パイロットチャネルを用いた３段階高速セルサーチ法の特性」信学技報ＲＣＳ２００２−１３５、電子情報通信学会、２００２年７月

しかしながら、上記の初期セルサーチ方法では、ＯＦＤＭシンボルタイミングを検出してから受信信号全てに対して高速フーリエ変換を行う必要があるため、演算量が膨大となる。また演算量が膨大となるため、セルサーチに要する時間も長時間に及び、通信システムに対する負荷が大きい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、セルサーチに要する時間を短縮することができる無線受信装置およびスロット同期方法を提供することを目的とする。

本発明の無線受信装置は、長いガードインターバルが挿入された第１信号と、短いガードインターバルが挿入された第２信号とが多重された信号を受信する受信手段と、前記長いガードインターバルによる第１相関ピークを検出する第１検出手段と、前記短いガードインターバルによる第２相関ピークを検出する第２検出手段と、前記第１相関ピークと前記第２相関ピークとの間の時間間隔を算出する算出手段と、前記時間間隔とスロットタイミング情報との間の対応関係が記録されたデータテーブルと、前記データテーブルを用いて、前記算出手段で算出された時間間隔に対応するスロットタイミングを決定する決定手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、高速フーリエ変換を実施することなしにスロットタイミングを検出できるため、セルサーチに要する時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、データ多重方法としてＯＦＤＭ方式が採用されている場合を例にとって説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る通信システムは、無線送信装置１００および無線受信装置１５０からなる。

図１は、無線送信装置１００の主要な構成を示すブロック図である。

無線送信装置１００は、インタリーバ１０１−１、１０１−２、誤り訂正符号化部１０２−１、１０２−２、変調部１０３−１、１０３−２、サブキャリアマッピング部１０４−１、１０４−２、ＩＦＦＴ部１０５−１、１０５−２、長ＧＩ挿入部１０６−１、短ＧＩ挿入部１０６−２、マルチプレクサ１０７、ＲＦ部１０８、およびアンテナ１０９を備える。なお、同様の機能を有する構成に対しては、同一の符号に異なる枝番を付して示している。

無線送信装置１００は、インタリーバ１０１−１にて長ＧＩ用送信データ（後述）をインタリーブし、誤り訂正符号化部１０２−１にて誤り訂正符号化し、変調部１０３−１にて変調した後、サブキャリアマッピング部１０４−１にてデータシンボルとパイロットシンボルとを各サブキャリアに割り当てる。さらに、ＩＦＦＴ部１０５−１にて逆高速フーリエ変換を行い、長ＧＩ挿入部１０６−１にて所定の長いガードインターバル（後述）を挿入して、ＯＦＤＭシンボルを生成する。同様に、短ＧＩ用送信データ（後述）に対しても、無線送信装置１００は、インタリーバ１０１−２にてインタリーブし、誤り訂正符号化部１０２−２にて誤り訂正符号化し、変調部１０３−２にて変調した後、サブキャリアマッピング部１０４−２にてデータシンボルとパイロットシンボルとを各サブキャリアに割り当てる。さらに、ＩＦＦＴ部１０５−２にて逆高速フーリエ変換を行い、短ＧＩ挿入部１０６−２にて所定の短いガードインターバル（後述）を挿入して、ＯＦＤＭシンボルを生成する。そして、マルチプレクサ１０７にて長いガードインターバルが挿入されたＯＦＤＭシンボルと短いガードインターバルが挿入されたＯＦＤＭシンボルとを周波数多重し、ＲＦ部１０８にて多重信号を直交変調、周波数変換、増幅等の所定の無線（ＲＦ：Radio Frequency）送信処理を行い、アンテナ１０９を介して送信する。

図２は、無線送信装置１００のガードインターバル使用方法の概要を示す図である。

この図に示すように、送信信号において、長い遅延波に対応する長いガードインターバルと、短い遅延波に対応する短いガードインターバルとが併用される。具体的には、これら２種類のガードインターバルを使用した際の伝搬環境がどのようになるかという観点、および通信種別の観点でガードインターバルの挿入方法を決定する。

例えば、伝搬環境の観点では、通信システムのセル半径が大きい場合や、移動局が盆地等に位置するため遅延プロファイルが大きい場合は、長いガードインターバルが採用される。また、通信システムのセル半径が小さい場合は短いガードインターバルが採用される。

一方、通信種別の観点では、基地局がそれぞれ異なるデータをそれぞれ異なる移動局に対して送信する１対１の通信（ユニキャスト通信）では、基地局−各移動局間の距離、すなわち各移動局の遅延プロファイルの大きさ（遅延量）に合わせたガードインターバルが採用される。また、基地局が同一のデータを複数の移動局に対して同時に送信するＭＢＭＳ（Multimedia Broadcast/Multicast Service）等の１対多の通信（マルチキャスト通信）では、移動局において複数の基地局からの送信信号を合成して受信するマクロダイバーシチを実現するために、基地局間の伝搬路差を吸収できるような長いガードインターバルが採用される。

ここで、遅延プロファイルが小さい環境において、長いガードインターバルが挿入された信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とを多重する場合、一般的には、（１）周波数多重、（２）時間多重、（３）周波数多重と時間多重の組み合わせ、による３種類の方法がある。このうち、無線送信装置１００は、周波数多重を行う。

図３は、短いガードインターバルを挿入した信号と、長いガードインターバルを挿入した信号とを周波数多重したスロットフォーマットの一例を示す図である。

ここでは、短いガードインターバルについては、４ＯＦＤＭシンボルで１スロットを構成している例、および、長いガードインターバルについては、３ＯＦＤＭシンボルで１スロットを構成している例を示している。ＤＳ１１、ＤＳ１２、ＤＳ１３は、ＯＦＤＭシンボル列＃１の各データシンボルを示し、ＤＳ２１、ＤＳ２２、ＤＳ２３、ＤＳ２４は、ＯＦＤＭシンボル列＃２の各データシンボルを示している。

図４は、無線送信装置１００のガードインターバル挿入方法の概要を説明するための図である。

無線送信装置１００は、サイクリックプリフィックスと呼ばれるガードインターバル挿入方法を用いる。この方法は、マルチパスによるひずみの影響を軽減するために、データシンボルの後尾部分の波形を所定長だけ複製し、これをガードインターバルとしてデータシンボルの先頭の前に挿入する。従って、無線受信装置では、受信信号自体と、データシンボル区間の長さだけ遅延させた受信信号との間で相関演算を行っていくことにより、ガードインターバルの終わりとデータシンボル区間の始まりとが接している時刻において相関のピークが現れるため、同期を取ることができる。

以上説明したように、無線送信装置１００から送信される信号は、長いガードインターバルを挿入した信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とが周波数多重された信号である。

図５は、上記の無線送信装置１００から送信される信号を受信する無線受信装置１５０の主要な構成を示すブロック図である。

無線受信装置１５０は、アンテナ１５１、ＲＦ部１５２、長ＧＩ用相関器１５３−１、短ＧＩ用相関器１５３−２、平均算出部１５４−１、１５４−２、ピークタイミング検出部１５５−１、１５５−２、タイミング差テーブル１５６、およびスロットタイミング検出部１５７を備える。なお、同様の機能を有する構成に対しては、同一の符号に異なる枝番を付して示している。

無線受信装置１５０の各部は以下の動作を行う。

ＲＦ部１５２は、アンテナ１５１を介して受信した信号に対し、周波数変換、直交復調等の所定の無線受信処理を施し、得られるベースバンドの受信信号を長ＧＩ用相関器１５３−１および短ＧＩ用相関器１５３−２へ出力する。

長ＧＩ用相関器１５３−１は、ベースバンドの受信信号に対して、送受信間で既知のガードインターバル長、すなわち、無線送信装置１００で使用された長いガードインターバルのガードインターバル長を用いて、受信信号を遅延させる。そして、元の受信信号と遅延させた受信信号との間で相関演算（サイクリックプリフィックスの波形相関によるＯＦＤＭシンボル同期）を行い、相関結果を平均算出部１５４−１に出力する。

短ＧＩ用相関器１５３−２も、長ＧＩ用相関器１５３−１と同様に、無線送信装置１００で使用された短いガードインターバルのガードインターバル長を用いて受信信号を遅延させ、元の受信信号と遅延させた受信信号との間で相関演算を行い、相関結果を平均算出部１５４−２に出力する。

平均算出部１５４−１、１５４−２は、長ＧＩ用相関器１５３−１および短ＧＩ用相関器１５３−２から出力される相関演算結果をそれぞれシンボル間隔毎に加算して平均を算出し、ピークタイミング検出部１５５−１、１５５−２に出力する。このように、１ＯＦＤＭシンボルだけでなく、数十〜数百ＯＦＤＭシンボルに渡って平均化することにより、雑音や干渉信号による相関電力の影響を低減することができ、誤同期を防止することができる。

ピークタイミング検出部１５５−１は、平均算出部１５４−１の出力に対してピーク検出を行い、セルサーチ開始時刻から測定した相関ピークの時刻ｔ１を算出し、スロットタイミング検出部１５７に出力する。

ピークタイミング検出部１５５−２も、ピークタイミング検出部１５５−１と同様に、平均算出部１５４−２の出力に対してピーク検出を行い、セルサーチ開始時刻から測定した相関ピークの時刻ｔ２を算出し、スロットタイミング検出部１５７に出力する。

タイミング差テーブル１５６には、ｔ１−ｔ２と、短いガードインターバルがどこに位置しているかに関する情報（短ＧＩ位置情報）との対応関係が予め記録されている。この対応関係は、無線送信装置１００と無線受信装置１５０との間で通信される信号のスロットフォーマットから予め導出されるものである。

スロットタイミング検出部１５７は、ピークタイミング検出部１５５−１から出力されるｔ１と、ピークタイミング検出部１５５−２から出力されるｔ２とから、ｔ１−ｔ２を求め、タイミング差テーブル１５６を参照して、算出されたｔ１−ｔ２に対応する短ＧＩ位置情報を取得する。これにより、短いガードインターバルがどこに位置するか判定できるため、容易にセルサーチスタート時のスロットの先頭を見つけ出すことができる。

図６は、タイミング差テーブル１５６の一例を示す図である。

この例では、ｔ１−ｔ２の各値に対応付けられて、短ＧＩ位置情報として、短いガードインターバルが位置するＯＦＤＭシンボル番号が記録されている。

図７は、本実施の形態に係るスロット同期方法の原理について説明するための図である。ここでは、スロットフォーマットと共に相関ピークが示されている。

図７(ａ)は、図３に示したスロットフォーマットと同一のものである。なお、ここではガードインターバルと同一であるデータシンボルの後部を、破線を付して示している。

図７(ｂ)は、短いガードインターバルのＯＦＤＭシンボルに対する相関演算の結果を示す。時刻０から短いガードインターバルのＯＦＤＭシンボル長Ｔ１だけ遅延させた受信信号と、元の受信信号とで相関演算を行うと、短いガードインターバルとデータシンボル区間の切れ目の時刻ｔ１で相関ピークが検出される。

図７(ｃ)は、長いガードインターバルのＯＦＤＭシンボルに対する相関演算の結果を示す。時刻０から長いガードインターバルのＯＦＤＭシンボル長Ｔ２だけ遅延させた受信信号と、元の受信信号とで相関演算を行うと、長いガードインターバルとデータシンボル区間の切れ目の時刻ｔ２で相関ピークが検出される。

ここで、短いガードインターバルの相関ピークの時刻ｔ１と長いガードインターバルの相関ピークの時刻ｔ２との差ｔ１−ｔ２について注目すると、実は、この差は、スロットフォーマットに依存する所定の値をとる。例えば、図７（ａ）に示すスロットフォーマットに対してｔ１、ｔ２を求めると、スロットの先頭からの時刻ｔと、ｔ１−ｔ２との関係は、図８に示すようになる。この関係に基づいて作成されたのが、図６に示したデータテーブル（タイミング差テーブル１５６）である。

よって、本実施の形態に係る無線受信装置１５０は、上記のような同期チャネルが送信されている場合は、スロットの先頭が判別されたシンボルに対してのみ高速フーリエ変換を行えばスロット同期を取ることができるため、演算量を大幅に削減することができる。

このように、本実施の形態によれば、長いガードインターバルが挿入された信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とを周波数多重した信号を受信する場合に、高速フーリエ変換を実施することなくスロット同期を行うことができる。

なお、本実施の形態では、短いガードインターバルの先頭を検出することによりスロット同期を行う場合を例にとって説明したが、同様の原理によって、長いガードインターバルの先頭を検出することもでき、これによりスロット同期を行っても良い。かかる場合、タイミング差テーブル１５６には、短ＧＩ位置情報の代わりに長ＧＩ位置情報を記録すれば良い。

（実施の形態２）
実施の形態１では、長いガードインターバルが挿入された信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とが周波数多重されている場合について説明したが、実施の形態２では、長いガードインターバルが挿入された信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とが時間多重されている場合について説明する。

本実施の形態に係る無線受信装置の基本的構成は、実施の形態１に示した無線受信装置１５０と同様である。よって、実施の形態１と異なる構成であるスロットタイミング検出部１５７ａについて以下説明する。

図９は、スロットタイミング検出部１５７ａの主要な構成を示すブロック図である。

本実施の形態のように時間多重されている場合においても、サイクリックプリフィックスを用いて相関演算を行い、ｔ１−ｔ２からスロットの先頭のＯＦＤＭシンボルを検出する。タイミング差算出部２０１は、タイミング差ｔ１−ｔ２を算出する。

実施の形態１の周波数多重と異なる点は、時間多重のために、そのタイムスロットが短いガードインターバルに対応するＯＦＤＭシンボルのスロットなのか、または長いガードインターバルに対応するＯＦＤＭシンボルのスロットなのか分からない点である。

そこで、本実施の形態では、まず、タイミング差テーブル１５６を参照して、タイミング差算出部２０１で算出されたｔ１−ｔ２に対応するＧＩ位置情報を取得する。このＧＩ位置情報は、短いガードインターバルに対応する情報であるのか、それとも長いガードインターバルに対応する情報であるのかこの時点では不明である。このＧＩ位置情報は、長ＧＩ用相関器２０２−１および短ＧＩ用相関器２０２−２の双方に入力される。

長ＧＩ用相関器２０２−１は、入力されるＧＩ位置情報に基づいてスロットの先頭を判別し、このスロットの先頭に対し、長いガードインターバルであったと仮定した場合の所定長のＯＦＤＭシンボルを用いて相関演算を行う。

短ＧＩ用相関器２０２−２も同様に、入力されるＧＩ位置情報に基づいてスロットの先頭を判別し、このスロットの先頭に対し、短いガードインターバルであったと仮定した場合の所定長のＯＦＤＭシンボルを用いて相関演算を行う。

決定部２０３は、長ＧＩ用相関器２０２−１および短ＧＩ用相関器２０２−２から出力される２つの相関結果を比較し、相関ピークの電力の大きい方を選ぶことで、ＧＩ位置情報に基づいて判別されたスロットの先頭が、いずれのガードインターバルのスロットかを決定する。

このように、本実施の形態によれば、長いガードインターバルが挿入された信号と、短いガードインターバルが挿入された信号とが時間多重された信号を受信する場合に、高速フーリエ変換を実施することなくスロットタイミングを検出することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

本発明に係る無線受信装置およびスロット同期方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。

例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。すなわち、周波数多重と時間多重とを組み合わせた場合、時間多重の場合と同様の方法でスロットタイミングを検出できる。

本発明に係る無線受信装置は、ＯＦＤＭ方式の移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。

また、通信端末装置はUE、基地局装置はNode B、サブキャリアはトーンと称されることがある。

なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るスロット同期方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る無線受信装置と同様の機能を実現することができる。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。

また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

本発明に係る無線受信装置およびスロット同期方法は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る無線送信装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係るガードインターバル使用方法の概要を示す図 本発明の実施の形態１に係るスロットフォーマットの一例を示す図 本発明の実施の形態１に係るガードインターバル挿入方法の概要を説明するための図 本発明の実施の形態１に係る無線受信装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係るタイミング差テーブル 本発明の実施の形態１に係るスロット同期方法の原理説明図 本発明の実施の形態１に係るスロットの先頭からの時刻ｔと、ｔ１−ｔ２との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係るスロットタイミング検出部の主要な構成を示すブロック図

符号の説明

１５３−１ 長ＧＩ用相関器
１５３−２ 短ＧＩ用相関器
１５５−１、１５５−２ ピークタイミング検出部
１５６ タイミング差テーブル
１５７ スロットタイミング検出部

Claims (7)

1. 長いガードインターバルが挿入された第１信号と、短いガードインターバルが挿入された第２信号とが多重された信号を受信する受信手段と、
   前記長いガードインターバルによる第１相関ピークを検出する第１検出手段と、
   前記短いガードインターバルによる第２相関ピークを検出する第２検出手段と、
   前記第１相関ピークと前記第２相関ピークとの間の時間間隔を算出する算出手段と、
   前記時間間隔とスロットタイミング情報との間の対応関係が記録されたデータテーブルと、
   前記データテーブルを用いて、前記算出手段で算出された時間間隔に対応するスロットタイミングを決定する決定手段と、
   を具備する無線受信装置。
2. 前記受信手段は、
   前記第１信号と前記第２信号とが周波数多重された信号を受信し、
   前記データテーブルは、
   前記スロットタイミング情報として、前記短いガードインターバルの位置情報を記録する、
   請求項１記載の無線受信装置。
3. 前記受信手段は、
   前記第１信号と前記第２信号とが時間多重された信号を受信し、
   前記データテーブルは、
   前記スロットタイミング情報として、前記長いガードインターバルまたは前記短いガードインターバルのいずれかに対応する位置情報を記録し、
   前記決定手段は、
   前記算出手段で算出された時間間隔に対応する位置情報を前記データテーブルから取得し、当該位置情報が示す信号に対して、前記長いガードインターバルに基づく相関演算および前記短いガードインターバルに基づく相関演算を行い、より大きな相関ピークを示すガードインターバルに基づいてスロットタイミングを決定する、
   請求項１記載の無線受信装置。
4. 前記長いガードインターバルおよび前記短いガードインターバルは、サイクリックプリフィックス法を用いて挿入されたガードインターバルである、
   請求項１記載の無線受信装置。
5. 請求項１記載の無線受信装置を具備する通信端末装置。
6. 請求項１記載の無線受信装置を具備する基地局装置。
7. 長いガードインターバルが挿入された第１信号と、短いガードインターバルが挿入された第２信号とが多重された信号を受信する無線受信装置で使用されるスロット同期方法であって、
   前記長いガードインターバルによる第１相関ピークを検出する第１検出ステップと、
   前記短いガードインターバルによる第２相関ピークを検出する第２検出ステップと、
   前記第１相関ピークと前記第２相関ピークとの間の時間間隔を算出する算出ステップと、
   前記時間間隔とスロットタイミングとの間の対応関係が記録されたデータテーブルを用いて、前記算出ステップで算出された時間間隔に対応するスロットタイミングを決定する決定ステップと、
   を具備するスロット同期方法。

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