JP2007088719A - Ｏｆｄｍ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉成分を抑制しつつ、周波数応答推定の精度を高める。
【解決手段】受信したCEをＦＦＴ変換し、受信メモリに記憶し、干渉基地局のCEのレプリカを作成する。CEの符号の複素共役を、受信メモリのデータに乗じ周波数応答を得る。その信号をＩＦＦＴ変換しインパルスレスポンスを得る。時間窓部において時間窓が施された信号に対し、再度、ＦＦＴ処理を行うことにより、第１の干渉基地局からの周波数応答を求め、この応答に対して第１の干渉基地局で用いた符号CEを乗じ、第１の干渉基地局のCEのレプリカを算出する。このレプリカをレプリカメモリに記憶する。同様の処理を全ての干渉基地局に対して行う。全てのレプリカがレプリカメモリに保存されると、時間窓制御部において、時間窓ＰＷ＝Ｂ（Ｂ≧Ａを満たす）に設定する。その後、レプリカを加算し、受信メモリ値から減算し、希望波の伝搬路推定を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＯＦＤＭ受信技術に関し、特に、ＯＦＤＭ受信信号に基づく伝搬路推定技術に関する。

図８は、OFDM信号を利用する一般的な通信システムにおいて、各サブキャリアの周波数応答を求めるための一構成例を示す機能ブロック図である。図８において、符号１０１はFFT（Fast Fourier Transform）部、符号１０２は符号乗算部、符号１０３はIFFT（Inverse FFT）部、符号１０４は時間窓部、符号１０５はFFT部、符号１０６はCE符号生成部、符号１０７は複素共役部である。

受信した伝播路推定用OFDMシンボルと、FFT部１０１により周波数変換され、CE符号生成部１０６および複素共役部１０７で生成されるOFDMシンボルの各サブキャリアに割り当てられた符号の複素共役信号と、が符号乗算部１０２において乗算され、一旦伝播路の周波数応答が求められる。その後、IFFT部１０３においてIFFTが施され、インパルスレスポンスが求められる。ここで求められるインパルスレスポンスは、伝播路の遅延波がある程度制限されるため、IFFT出力の低域に集中する。この信号に対し、時間窓部１０４において、信号を制限即ち広域部を０にすることにより、ノイズあるいは干渉を削減する。その後、再度FFT部１０５で周波数に変換することにより、精度の高い周波数応答を求めることができる（特許文献１参照）。

特開平5-75568号公報（通信路の周波数応答の評価と限界判定を備えた時間周波数領域に多重化されたディジタルデータをコヒレント復調するための装置）

上記のような一般的な周波数応答推定方式は、ディジタルＴＶ等のシステムを対象に提案されたものであり、高精度に周波数応答を求めることが可能である。また、図８に示す時間窓の最適化についても、様々な提案がなされており、受信SNR（Signal Power to
Noise Power Ratio）が低い領域で時間窓を使用する場合には、窓幅を狭くすることにより伝播路推定精度を改善することができる。

ところで、上記の伝播路推定方式を１周波数繰り返しのセルラシステムに適用した場合には、セルラシステムでは干渉を考慮することが重要であるため、干渉成分の影響を十分に抑制することができないという問題があった。

本発明は、ＯＦＤＭ受信装置において、干渉成分を抑制しつつ、周波数応答推定の精度を高めることを目的とする。

本発明の一観点によれば、送受信機間のインパルスのレスポンスを求め、該インパルスを時間窓幅により制限し、サブキャリア毎の周波数応答を求める周波数応答推定手段を有し、ｍ個（ｍは２以上の整数）の送信源又は送信アンテナのうち（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナからの周波数応答を求め、それぞれの送信源又は送信アンテナからの信号のレプリカを作成し、受信信号から作成した前記レプリカを減算し、前記（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナに含まれない送信源又は送信アンテナのいずれかからの周波数応答を求めるＯＦＤＭ受信装置で、前記時間窓幅を調整する時間窓幅制御部を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置が提供される。尚、送受信機間にはチャネル（伝搬路）も含まれる。上記装置によれば、時間窓幅を調整することにより、時間窓幅を絞ると抑制されるノイズと大きくなる信号波形の歪みとを制御することができる。

前記時間窓幅制御部は、前記送信源又は送信アンテナが希望波を送信する場合には広く、干渉波を送信する場合には狭く、窓幅を変更する制御を行うことを特徴とする。これにより、干渉波によるノイズを抑制し、希望波の信号波形の歪みを少なくすることができる。

本発明によれば、希望信号の周波数応答を高い精度で求めることができるという利点がある。

本明細書において、「時間逆拡散法」とは、伝搬路推定用シンボルをＦＦＴして得られる周波数応答に対し、送信側で使用したコードの複素共役を乗じ、ＩＦＦＴにより時間軸上のインパルスレスポンスに変換する。この信号に関して、時間窓により雑音のフィルタリングを行い、再度ＦＦＴを行うことで周波数応答を得る方法を指す。

本実施の形態では、希望波、干渉波がある程度のレベルで同期していることを前提としている。ある程度のレベルとは、受信機において、希望波にOFDMシンボル同期をとり、FFT窓を施した場合、各干渉波に関しても窓内でOFDMシンボルが変化しないことを意味する。但し、遅延波が低いレベルで存在し、その遅延波については窓内で変化しても、問題はない。このようなケースの一つとして、基地局が複数のセクタを構成し、端末局がセクタエッジにあるような状況が考えられる。

端末局が基地局からのデータを受信する下りリンクのアクセス方式をOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）という。OFDMA方式は、OFDMを用い、TDMA（Time Division Multiple Access）かつFDMA（Frequency Division
Multiple Access）でアクセスする方式である。

このOFDMA方式において通信効率を良くするためには、各端末局が受信状態の良いサブチャネルでアクセスすることが必要である。このことは、ユーザダイバーシティ効果を高めることを意味する。また、セクタエッジではスムースにハンドオフができることが好ましい。

このような効果を得るためには、各基地局（セクタエッジの場合は各アンテナ）からの伝播路を正確に推定する必要がある。本発明の実施の形態においては、OFDMを使用するシステムにおいて、干渉波存在下でも正確に伝播路を推定する技術を提供することである。
以下、本発明の実施例について具体的に説明を行う。

以下の例では説明を簡単にするために、干渉波数をK-1とする。図１は、受信機における伝播路を推定するための構成例を示す機能ブロック図である。図１において、符号１はＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部、符号２は受信メモリ、符号３は減算部、符号４は符号乗算部、符号５はＩＦＦＴ（Inverse FFT）部、符号６は時間窓部、符号７は時間窓幅制御部、符号８はFFT部、符号９は符号乗算部、符号１０はCE符号生成部、符号１１は複素共役部、符号１２_１から１２_Ｋ-１まではレプリカメモリ部、符号１３は全てのレプリカを加算する加算部である。

図３に図１に示す構成に基づく処理の流れを簡単に示すフローチャート図である。図２は、図１におけるＩＦＦＴ部５の出力例を簡単に示した図である。以下、図１から図３までを参照しつつ、本実施例について説明する。

伝播路推定用シンボル（以下CE：Channel Estimateと称す。）を受信すると（Ｓｔａｒｔ）、レプリカメモリ部１２のメモリをクリアし、ＰＷ＝Ａに設定する（ステップＳ１）。これは時間窓制御部７において設定される。ＰＷについては後述する。次に受信したCEをＦＦＴ部１においてＦＦＴし、周波数軸上に変換したデータを求め、受信メモリ２に記憶する（ステップＳ２、Ｓ３）。

まずは、第一の干渉基地局のCEのレプリカを作成する（ステップＳ５）。レプリカの詳細な作成方法は、CE符号生成部１０および複素共役部１１から出力される第一干渉基地局（セクタエッジの場合は干渉アンテナ）が使用しているCEの符号の複素共役を、受信メモリのデータに符号乗算部４で乗じることにより周波数応答を得る（ステップＳ４）。そして、その信号に関してＩＦＦＴ部５でＩＦＦＴを行い、インパルスレスポンスを得る。

図２（ａ）は、ここで得られるインパルスレスポンスの概念図である。図２（ａ）において、縦軸は各インパルスの電力、横軸がＦＦＴのポイントである。一般的に、ここで得られるインパルスレスポンスは、ある程度の長さ（図２（ａ）では、ａとｂとを合わせた領域であり、ａの領域は主として遅延波、ｂの領域は先行波になる。）になり、それ以外はノイズ、干渉成分が大半を占めることになる。図１の時間窓部６では、このノイズ成分を０にする処理を行う。本実施例では、前述のＰＷは、ＰＷ＝ａ＋ｂのサンプル数と定義している。そして、時間窓部６において時間窓が施された信号に対し、再度ＦＦＴ部８でＦＦＴ処理を行うことにより、第１の干渉基地局からの周波数応答が求まる。この求まった応答に対して第１の干渉基地局で用いた符号CEを乗ずることにより、第１の干渉基地局のCEのレプリカを算出することができる。このレプリカをレプリカメモリ１２_１に記憶する（ステップＳ５）。ｋ＝Ｋ-１になるまで、同様の処理を全ての干渉基地局に対して行う（ステップＳ６、Ｓ７）。

全てのレプリカがレプリカメモリに保存されると（ステップＳ６でｙｅｓ）、時間窓制御部７において、時間窓ＰＷ＝Ｂ（Ｂ≧Ａを満たす）に設定する(ステップＳ８)。図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）の状態よりも幅広くインパルスが残る。その後、ステップＳ９において、レプリカを加算し、受信メモリ値から減算（減算部３）し、ステップＳ１０において希望波の伝搬路推定を行う。このように、希望基地局からの周波数応答を干渉基地局からの周波数応答を求めた手順と同じ手順で算出する。以上の手順により、精度良く希望基地局からの周波数応答を求めることができる。

本実施例においては、干渉基地局からの周波数応答を求める際は窓幅を狭くし、希望基地局からの周波数応答を最終的に求める際は窓幅を広くしている。これにより、干渉基地局の周波数応答を求める際は、干渉が多いので干渉基地局からの周波数応答に対し窓幅を狭くすることにより干渉削減効果を高め、希望基地局の伝播路を算出する際は、既に干渉成分は除いているので、可能な限り信号成分を多く抽出するために窓幅を広くしている。このように、周波数応答推定時に時間窓幅を制御することにより、希望信号の周波数応答を高い精度で求めることができるという利点がある。

実施例１では、干渉波の周波数応答を求める際と、希望波の周波数応答を求める際とで、窓幅を変更する例を示した。この場合、干渉波の周波数応答推定時には、その精度が低くなっていると考えられる。実施例２による受信技術では、さらに干渉波の推定精度も上げることができる構成および動作について説明する。

図４は、本実施例による受信装置の一構成例を示す機能ブロック図であり、図５は、その動作の流れを示すフローチャート図である。図４、図５において、対応する図１、図３と同じ構成のブロック、動作のステップについては同じ番号を付して説明を省略している。

図１と図４の構成の相違点は、レプリカメモリCK１２_Ｋが追加されており、また、加算部１４が、k以外のレプリカを加算する構成となっている点である。

処理に関しては、実施例１と同様に干渉波Ｋ-１までのレプリカを作成し、それぞれのレプリカメモリに記憶する。本実施例では、希望波Kについてもレプリカを同様に作成し、レプリカメモリ１２_Ｋに記憶する。図５に示すフローチャート図においては、図３のステップＳ４がステップＳ２０に変更されて希望波、干渉波ｋの周波数応答を算出し、図３のステップＳ６がステップＳ２１に変更されてｋ＝Ｋまで周波数応答の算出処理を繰り返すようになっている。尚、希望波の番号を便宜上Ｋとしている。

次いで、再度、干渉波の周波数等応答を求める処理を行う。この際、加算部１４が求める干渉波以外の周波数応答のレプリカと希望波の周波数応答のレプリカとを加算し、受信メモリから減算する(ステップＳ３０)。そして、干渉波の周波数応答を再度算出し（ステップＳ３１）、レプリカメモリＣＫ１２_Ｋに記憶する（ステップＳ３２）。これを全ての干渉波について行う（ステップＳ３３、Ｓ３４）。

全ての干渉波のレプリカが求まった後（ｙｅｓ）、受信メモリから干渉波のレプリカの加算値を減算し（ステップＳ３５）、最後に希望波の周波数応答を求める（ステップＳ１０）。

以上の処理により、干渉波のレプリカ精度も向上するため、実施例１の場合より精度良く希望波の周波数応答を推定することが可能となる。

実施例３では、更に繰り返し演算を行う場合について説明する。図６は実施例３による構成を示す機能ブロック図であり、図７は動作の流れを示すフローチャート図である。図６、図７においては、既出のブロックおよび動作に関しては同じ番号を付して説明を省略する。

図６において、実施例１、２の構成との相違点は、周波数応答を求めるブロック、即ち、符号４〜１１までのブロックがＭ-１からＭ−ＫまでＫ個用意されていることと、加算器１４が１４_１から１４_ＫまでのＫ個設けられている点である。

図７に示すフローチャート図においては、図６の構成により全ての基地局からの周波数応答を同時に求めることができるため、kの変更に基づくループ処理が必要なくなり、レプリカの作成に関する繰り返し処理の回数を示すｒによる動作ステップＳ４０からＳ４２までが追加されている。ここでは繰り返しをｒで表し、最大回数をＲ回としている。

まず、ステップＳ４０においてｒ＝１とし、その後、ＰＷ＝Ａとして、全ての基地局からの周波数応答を算出し（図２（ｂ）参照）、レプリカメモリに保存する。その後、ＰＷ＝Ｂ（Ａ＞Ｂ）として、求める基地局からの周波数応答以外を受信波の周波数波形から減じ、再度、全ての基地局からの周波数応答を求める（図２（ｃ）参照）。その後、ｒ＝Ｒになっているかどうかを判断し（ステップＳ４１）、Ｒになっていない場合はＲになるまで同様の動作を繰り返す（ステップＳ４２）。ｒ＝Ｒとなると（ｙｅｓ）、ステップＳ３５に進み、再度、希望基地局からの周波数応答を算出し、処理を終了する（エンド）。このように繰り返し演算を行うことにより、希望基地局からの周波数応答を高精度に求めることができる。

本実施例では、周波数応答を求めるブロックが基地局数分だけ設けられている例について説明したが、実施例２のような構成でも繰り返し演算は可能である。但し、その場合は、基地局数×繰り返し回数だけ伝播路を求める処理を繰り返し行う必要がある。

以上、実施例１から３においては、全ての干渉波のレプリカを作成する例について示したが、例えば明らかに電力が小さい干渉波についてはレプリカ作成の対象外とする処理を行うことも可能であり、このようにすることにより特性はさらに改善される。

また、干渉波が複数ある場合でも、最初の周波数応答を求める時と、繰り返し演算で周波数応答を求める時と、に同じＰＷ（窓幅）を適用する例を示したが、ＰＷは、同じである必要はなく、各基地局からの受信強度や、SIR（Signal power to Interference power Ratio）やSINR（Signal power to Interference and Noise power Ratio）によって変更することも可能である。

窓幅は雑音抑制効果があるため、受信状態の悪い干渉波即ち、受信強度の低い干渉波あるいは、ＳＩＲ、ＳＩＮＲの低い干渉波には最初の周波数応答を求める際の窓幅を狭く、そうでない干渉波は窓幅を最初から広くするという制御が好ましい。

本発明は、ＯＦＤＭ受信装置に適用可能である。

受信機における伝播路を推定するための構成例を示す機能ブロック図である。 図２（ａ）は、図１におけるＩＦＦＴ部の出力例を簡単に示した図である。図２（ｂ）は、窓幅Ａを適用した場合の出力例であり、図２（ｃ）は、窓幅Ｂ（Ｂ＜Ａ）を適用した場合の出力例を示す図である。 図１に示す構成に基づく処理の流れを簡単に示すフローチャート図である。 実施例２による受信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図４に示す構成に基づく動作の流れを示すフローチャート図である。 実施例３による構成を示す機能ブロック図である。 図６に示す構成に基づく動作の流れを示すフローチャート図である。 ＯＦＤＭ信号を利用する一般的な通信システムにおいて、各サブキャリアの周波数応答を求めるための一構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１…ＦＦＴ、２…受信メモリ、３…減算部、４…符号乗算部、５…ＩＦＦＴ部、６…時間窓部、７…時間窓幅制御部、８…ＦＦＴ部、９…符号乗算部、１０…ＣＥ符号生成部、１１…複素共役部、１２_１〜１２_Ｋ−１…レプリカメモリ、１３…加算部。

Claims (10)

1. 送受信機間のインパルスのレスポンスを求め、該インパルスを時間窓幅により制限し、サブキャリア毎の周波数応答を求める周波数応答推定手段を有し、
   ｍ個（ｍは２以上の整数）の送信源又は送信アンテナのうち（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナからの周波数応答を求め、それぞれの送信源又は送信アンテナからの信号のレプリカを作成し、受信信号から作成した前記レプリカを減算し、前記（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナに含まれない送信源又は送信アンテナのいずれかからの周波数応答を求めるＯＦＤＭ受信装置で、
   前記時間窓幅を調整する時間窓幅制御部を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
2. 前記時間窓幅制御部は、前記送信源又は送信アンテナが変更される毎に窓幅を変更する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
3. 前記時間窓幅制御部は、前記送信源又は送信アンテナが希望波を送信する場合には広く、干渉波を送信する場合には狭く、窓幅を変更する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
4. 前記時間窓幅制御部は、（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナからの周波数応答を求める際のそれぞれの時間窓幅Ａｋ（１≦ｋ≦ｍ-１を満たす整数）と、残された送信源又は送信アンテナからの周波数応答を求める際の時間窓幅Ｂとの関係が、すべてのｋについてＡｋ＜Ｂを満たすことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
5. ｍ個の送信源又は送信アンテナの周波数応答を求め、再度レプリカを作成し、
   最終的に周波数応答を求める送信源又は送信アンテナ以外のレプリカを受信信号から減算することにより最終的に周波数応答を求める際の時間窓幅をＣとする場合に、全てのｋについてＡｋ＜Ｃを満たすことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
6. レプリカを作成する際に、レプリカの信号を０とみなすインパルス信号のレベルに関する基準値が定められていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
7. Ａｋは全てのｋについて一定とすることを特徴とする請求項４から６までのいずれか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
8. 前記周波数応答推定手段を複数有しており、並列的に周波数応答を推定することができるＯＦＤＭ受信装置であり、それぞれの周波数応答推定手段における時間窓幅を異なる値に設定することができる請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
9. 送受信機間のインパルスのレスポンスを求め、該インパルスを時間窓幅により制限し、サブキャリア毎の周波数応答を求める周波数応答推定方法であって、
   前記時間窓幅を調整しながらｍ個（ｍは２以上の整数）の送信源又は送信アンテナのうち（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナからの周波数応答を求めるステップと、
   それぞれの送信源又は送信アンテナからの信号のレプリカを作成するステップと、
   受信信号から作成した前記レプリカを減算し、前記（ｍ-１）個の送信源又は送信アンテナに含まれない送信源又は送信アンテナのいずれかからの周波数応答を求めるステップとを有することを特徴とするＯＦＤＭ受信方法。
10. 前記時間窓幅の調整は、前記送信源又は送信アンテナが変更される毎に窓幅を変更する制御を行うことを特徴とする請求項９に記載のＯＦＤＭ受信方法。
    
    
    
    

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