JP2007142602A

JP2007142602A - 受信装置並びにチャネル推定装置

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Publication number: JP2007142602A
Application number: JP2005330809A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamasuga; 裕之山菅
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: JP4264550B2; US20070147479A1; US7724804B2

Abstract

【課題】周波数ホッピングするバンド毎に複数のＯＦＤＭシンボルから得られるチャネル推定結果を時間軸上で平均化して雑音の影響を好適に除去する。
【解決手段】Ａ１とＡ２からバンドＡにおける周波数誤差を求め、他のバンドＢ、Ｃについても同様に周波数誤差を求め、これらを加算して位相回転情報を平均化して、全バンドＡ〜Ｃにおける中心周波数で正規化する。求めた周波数誤差をサブキャリア毎の周波数を掛けて位相回転角度に戻し、次いで、Ａ１とＡ２のシンボル差の分で整数倍してＡ１とＡ２間の周波数誤差をなくし、位相を合わせてから、時間軸平均化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、周波数ホッピングする伝送信号を受信してチャネル推定を行なう受信装置並びにチャネル推定装置に係り、特に、複数のチャネル推定結果を時間軸上で平均化して雑音の影響を除去する受信装置並びにチャネル推定装置に関する。

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１などを挙げることができる。

無線信号のフェージングによる伝送品質の劣化を避け、無線伝送の高速化・高品質化を実現する技術として、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）伝送方式が期待されている。例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格としてＯＦＤＭ変調方式が採用されている。また、近年では「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、非常に広い周波数帯域を使用した無線通信方式が注目を集めているが、ＩＥＥＥ８０２．１５．３における標準化会議では、ＤＳＳＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ）−ＵＷＢ方式とともに、ＯＦＤＭ変調方式を採用したＯＦＤＭ＿ＵＷＢ方式が検討されている。

ＯＦＤＭ伝送方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。

また、オフィスなどでは、狭い空間に複数の無線ネットワークが構築されるという通信環境が想定され、ネットワーク同士の共存の問題がある。そこで、使用する周波数帯を柔軟に変更する周波数ホッピング（ＦＨ）方式が採り入れられている。この通信方式によれば、周波数を毎回ランダムに変化させながらパケットの送受信を行ない、他のシステムからの影響により通信できなくなることもあるが、絶えず周波数を変化させることにより、通信が途絶することはほとんどない。すなわち、他のシステムとの共存が可能であり、フェージング耐性に優れるとともに、スケーラビリティが容易である。

例えば、上述したＯＦＤＭ＿ＵＷＢ方式では、ＦＣＣで定められた３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまでの帯域をそれぞれ５２８ＭＨｚ幅からなる複数のサブバンドに分割して、サブバンド間を周波数ホッピング（ＦＨ）するマルチバンド方式が検討されている。

図７には、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式（以下、「ＭＢ−ＯＦＤＭ」とする）において規定されている周波数割り当て例を示している（例えば、非特許文献１を参照のこと）。図示の例では、無線ＬＡＮが使用する５ＧＨｚ帯はＮｕｌｌバンドとし、それ以外の帯域を１３個のサブバンドに分割している。そして、各サブバンドをＡからＤの４つのグループに分け、グループ単位で周波数を管理し通信を行なうようになっている。

図８には、マルチバンドＯＦＤＭ方式において、時間軸のＯＦＤＭシンボルに対して周波数ホッピングしながらデータ伝送を行なう様子を示している。図示の例では、バンド＃１〜＃３からなるグループＡが用いられ、１ＯＦＤＭシンボル毎に中心周波数を変えながら周波数ホッピングし、１２８ポイントからなるＩＦＦＴ／ＦＦＴを用いたＯＦＤＭ変調が行なわれている。

ところで、無線通信においては、送信機から送り出された信号は伝搬路上のチャネル特性の影響を受けて受信機で受信されるという問題がある。具体的には、伝送信号は、伝搬路上で位相が回転するとともに信号振幅が変動するため、受信信号から元のデータを正しく復号できなくなる。このため、受信機では、チャネル特性を推定し、受信信号に対し位相回転量並びに振幅を補正するといったチャネル補正を行なう必要がある。

チャネル推定は、一般的には、送信機と受信機間で既知の系列を送受信することで得られる。すなわち、送信機は、チャネル推定用のトレーニング系列（以下、「チャネル推定用シーケンス」とする）をパケットのプリアンブルに含めて送信し、受信機は受信したプリアンブルに既知のシーケンスを乗算することによって、伝搬路上での位相回転量並びに振幅変動量を取得し、ペイロードに対して位相回転量だけ逆回転しさらに振幅を元に戻すという操作を行なうことでチャネル補正を施すことができる。

ＯＦＤＭ伝送方式の場合、１つのチャネル推定用シーケンスは例えば１つのＯＦＤＭシンボルで構成される。チャネル推定用シーケンスのうち一部のサブキャリアがフェージングの影響により欠けてしまうことがあり、正しくチャネル推定を行なえなくなるという問題がある。このため、チャネル推定用のＯＦＤＭシンボルに含まれる個々のサブキャリアについて、隣り合う複数本のサブキャリアと周波数軸上で移動平均処理することで、フェージングの影響を除去することが一般に行なわれている。さらに、ＲＦアナログ処理する際に付加される熱雑音によるチャネル推定の精度の低下を回避するために、送信側からはチャネル推定用シーケンスを複数回送信し、受信側では複数のチャネル推定値を時間軸上で平均化することにより、熱雑音の影響を低減してチャネル推定の精度を向上するようにしている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

図９には、ＯＦＤＭ伝送方式におけるチャネル推定並びにチャネル補正の仕組みを模式的に示している。但し、送信機からの伝送パケットは、図１０に示すように、ペイロードの前のプリアンブルとして、同期獲得用シーケンスと、チャネル推定用シーケンスが付加されているものとする。また、チャネル推定用シーケンスには、１ＯＦＤＭシンボルからなる既知シーケンスが２個含まれているとする。

受信機では、時間軸信号として送られてきた受信信号を受信ＲＦ処理し、さらにＦＦＴ（すなわちＯＦＤＭ復調）を行なって周波数軸上に並んだサブキャリアに分離した後（図示しない）、パケットのチャネル推定部を取り出して、自分が保持する既知のチャネル推定用シーケンスと乗算を行ない、相関値を求める。

周波数軸上に並んだサブキャリアの中には、伝送で生じたフェージングにより欠けたものが存在することがある。そこで、チャネル推定用シーケンスに含まれる個々のサブキャリアについて、隣り合う複数本のサブキャリアと周波数軸上で平均化することで、フェージングの影響を除去する。また、さらにチャネル推定用の複数のＯＦＤＭシンボルを用いたチャネル推定値を時間軸上で平均化して、チャネル推定の精度を向上する。そして、このようにして得られたチャネル推定結果を、パケットのペイロード部に乗算して、チャネル特性に起因する振幅変動並びに位相回転を補正する操作を行なう。

このように、複数のＯＦＤＭシンボル間のチャネル推定結果を時間軸上で平均化することにより、ＲＦアナログ処理する際に付加される熱雑音の影響を除去して、より精度の高いチャネル推定結果を得ることができる。

ところが、周波数ホッピングを適用するシステムにおいては、時間軸上で平均化を行なう際に、各バンドにおけるチャネル推定値に周波数誤差が生じるという問題がある。通常、ホッピング・パターンに合わせて（すなわち、周波数ホッピングする周期毎に）、周波数チャネル毎のチャネル推定シーケンスが時分割で送られてくる。例えば、バンドＡ、Ｂ、Ｃという３つのバンドを周波数ホッピングする通信システムにおいて、図１１に示すようにＡ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２といった具合に、バンド毎に２個のＯＦＤＭシンボルを使ってチャネル推定シーケンスを時分割で送る場合、Ａ１とＡ２はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れる。このような時間間隔の間に、それぞれのバンド上では受信するＯＦＤＭ信号の位相がドリフトし大きな周波数誤差となるので、時間軸上で平均化を行なう際のチャネル推定値の誤差の原因となり、この結果、ビット・エラー・レートが劣化するという問題を生じる。

特開２０００−３５８０１０、段落番号００１３ "ＭＢＯＦＤＭＰＨＹＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＦｉｎａｌＲｅｌｅａｓｅ１．０，" Ｗｉｍｅｄｉａａｌｌｉａｎｃｅ，Ａｐｒｉｌ２７，２００５

本発明の目的は、周波数ホッピングする伝送信号を受信してチャネル推定を好適に行なうことができる、優れた受信装置並びにチャネル推定装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、周波数ホッピングするバンド毎に複数のＯＦＤＭシンボルから得られるチャネル推定結果を時間軸上で平均化して雑音の影響を好適に除去することができる、優れた受信装置並びにチャネル推定装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、周波数チャネル毎に伝送されるチャネル推定用のＯＦＤＭシンボル間の時間間隔が離れてしまう場合であっても、時間軸平均化する際の周波数誤差の要因を除去して、より高い精度でチャネル推定を行なうことができる、優れた受信装置並びにチャネル推定装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のバンドで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、各バンド上ではチャネル推定用シーケンスとしてのＯＦＤＭシンボルがホッピング周期で時分割により複数回送られ、
チャネル上で伝送されたＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、
ＯＦＤＭ信号をサブキャリア毎の信号に分離するフーリエ変換手段と、
各サブキャリア信号分離されたチャネル推定用シーケンスのＯＦＤＭシンボルを用いてチャネル特性を推定してチャネル補正を行なうチャネル補正手段と、
チャネル補正後のデータ信号に対しシンボル判定を行ない、元のデータ信号に復号する復号手段を備え、
前記チャネル補正手段は、ホッピング周期で送られてくるチャネル推定用のＯＦＤＭシンボル間における周波数誤差をバンド毎に求め、各バンドで求めた周波数誤差を加算して平均化を行なうとともに各バンドにおける中心周波数で正規化し、各バンドにおいて、正規化された周波数誤差をＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに掛けてサブキャリア毎の位相回転角度に戻し、ホッピング周期で送られてくるＯＦＤＭシンボル間におけるシンボル差の分でサブキャリア毎の位相回転情報を整数倍し、該整数倍した位相回転情報に基づいて各ＯＦＤＭシンボルのチャネル推定値に対して位相回転量の補正を行なうことで、同一バンドにおける各ＯＦＤＭシンボルによるチャネル推定値の位相を合わせ、その後に、各バンドにおけるＯＦＤＭシンボル毎のチャネル推定値を時間軸平均化することを特徴とする受信装置である。

本発明は、ＯＦＤＭ信号を受信処理する受信装置に関する。ＯＦＤＭ伝送方式は、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強いという特徴がある。さらに具体的には、本発明は、周波数ホッピング方式を適用したＯＦＤＭ受信装置に関する。周波数を毎回ランダムに変化させながらパケットの送受信を行なう場合、他のシステムからの影響により通信できなくなることもあるが、絶えず周波数を変化させることにより通信が途絶することはほとんどなく、他のシステムとの共存が可能であり、フェージング耐性に優れるとともに、スケーラビリティが容易である。

一方、伝搬路上ではチャネル特性の影響を受けて伝送信号の位相が回転するとともに信号振幅が変動することから、受信装置側では、元のデータを正しく復号するためには、チャネル特性を推定し、受信信号に対し位相回転量並びに振幅を補正するといったチャネル補正を行なう必要がある。

チャネル推定は、通常、パケットのプリアンブルとして含まれるチャネル推定用シーケンスを既知シーケンスで乗算して、その相関値により伝搬路上での位相回転量並びに振幅変動量を取得することにより行なわれる。また、隣り合う複数本のサブキャリアと周波数軸上で移動平均処理することでフェージングの影響を除去し、複数回のチャネル推定用シーケンスから得られるチャネル推定値を時間軸上で平均することで雑音によるチャネル推定の精度の低下を抑えるようにしている。

ところが、周波数ホッピングを適用するシステムにおいては、チャネル推定用のＯＦＤＭシンボルを複数回送る場合に、各バンドにおいて、ＯＦＤＭシンボルが到来する時間はホッピング周波数に相当する間隔だけ離れることから、受信するＯＦＤＭ信号の位相がドリフトし大きな周波数誤差となる。このため、複数のチャネル推定値を時間軸上で平均化を行なう際の誤差の原因となり、この結果、ビット・エラー・レートが劣化するという問題を生じる。

そこで、本発明に係る受信装置では、バンド毎にＯＦＤＭシンボル間で得られる周波数誤差を加算して全バンドで位相回転情報の平均化を行なうことで、高精度の周波数誤差検出を行なうようにした。

さらに、全バンドで平均化した位相回転情報を各バンドの中心周波数で正規化し、求めた周波数誤差をＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに掛けてサブキャリア毎の位相回転角度に戻す。

そして、ホッピング周期で送られてくるＯＦＤＭシンボル間におけるシンボル差の分でサブキャリア毎の位相回転情報を整数倍し、該整数倍した位相回転情報に基づいて各ＯＦＤＭシンボルのチャネル推定値に対して位相回転量の補正を行なうことにより、各チャネル推定値の位相を合わせる。

このようにして、周波数誤差が除去されたチャネル推定値を時間軸上で平均化することにより、高精度のチャネル推定を行なうことが可能になる。

例えば、バンドＡ、Ｂ、Ｃという３つのバンドを周波数ホッピングする通信システムにおいて、Ａ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２といった具合に、バンド毎に２個のＯＦＤＭシンボルを使ってチャネル推定シーケンスを時分割で送る場合、Ａ１とＡ２はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れる（図１１を参照のこと）。

本発明に係る受信装置では、チャネル補正手段において時間軸上の平均化を行なう前に、Ａ１とＡ２からバンドＡにおける周波数誤差を求める。これをバンドＢ並びにＣについても行ない、全バンドの結果を加算することで、位相回転情報の平均化を行なう。そして、全バンドで平均化した位相回転情報を各バンドの中心周波数で正規化する。このように、すべてのバンドの周波数誤差を用いて平均化することで、誤差算出時のサンプル数を増加させ、高精度の周波数誤差検出を行なうことができる。

また、求めた周波数誤差を各サブキャリアの周波数に掛けることで、位相回転角度に戻す。そして、Ａ１とＡ２のシンボル差の分で整数倍することで、Ａ１とＡ２のそれぞれの周波数誤差をなくし、Ａ１及びＡ２からそれぞれ求められたチャネル推定値の位相を合わせてから、時間平均をとることができる。他のバンドＢ及びＣにおいても同様に、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２からそれぞれ求めたチャネル推定値の位相を合わせてから、各バンドにおけるチャネル推定値の時間平均をとる。

また、本発明に係る受信装置では、上述したように高精度で検出した周波数誤差を周波数トラッキングのループ・フィルタの初期値に用いることで、周波数トラッキング回路の追従特性が改善され、受信特性の劣化を改善することができる。

本発明によれば、複数のチャネル推定結果を時間軸上で平均化して雑音の影響を好適に除去することができる、優れた受信装置並びにチャネル推定装置を提供することができる。

また、本発明によれば、バンド毎に伝送されるチャネル推定用のＯＦＤＭシンボル間の時間間隔が離れてしまう場合であっても、時間軸平均化する際の周波数誤差の要因を除去して、より高い精度でチャネル推定を行なうことができる、優れた受信装置並びにチャネル推定装置を提供することができる。

本発明によれば、周波数ホッピング方式を採用するＯＦＤＭ信号を受信してチャネル推定を行なう際に、時間軸上で平均化を行なう前に、平均化を行なう同一バンド上の複数のチャネル推定値に対して高精度の周波数誤差補正を施すようにした。これにより、時間軸平均化する際の２つのＯＦＤＭシンボル間のチャネル推定値の周波数誤差がなくなるので、高い精度のチャネル推定並びにチャネル補正を行なうことが可能になる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示している。この受信装置は、３つのバンドＡ〜Ｃ間を周波数ホッピングする通信方式に対応しており、送信側からは、所定のホッピング・パターンでＯＦＤＭシンボル毎に使用するバンドを切り替えながら、同期用プリアンブルと、チャネル推定用プリアンブルを含んだパケットが送られるものとする。したがって、チャネル推定用シーケンスは、図１１に示したように、Ａ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２といった具合に、バンド毎に２個のＯＦＤＭシンボルが使用され、Ａ１とＡ２間はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れる。

ＲＦ処理部２では、アンテナ１で受信したＯＦＤＭ信号に対し、所望の帯域を取り出すフィルタリング、低雑音電力増幅、周波数変換によるダウンコンバート、周波数変換時に生じる不要なサイドバンドの除去、ＡＤ変換が行なわれ、ベースバンド信号として出力する。

同期処理部３は、ベースバンド信号に含まれる同期用プリアンブル信号を用いて周波数誤差並びにシンボル・タイミングを検出して、周波数誤差の補正を行なう。

ガード・インターバル（ＧＩ）除去部４は、検出されたシンボル・タイミングに基づいて、ベースバンド信号に対し、１ＯＦＤＭシンボル毎に１ＯＦＤＭシンボル長からガード・インターバルに相当する信号を除いた時間幅のＦＦＴウィンドウ処理を施す。

ＦＦＴ部５は、入力されるベースバンド信号を１ＯＦＤＭシンボル毎に高速フーリエ変換して、サブキャリア毎の信号に分離する。

チャネル補正部６は、入力されるサブキャリアの信号のうち、チャネル推定用シーケンスに相当する信号を用いて、ＯＦＤＭ信号の伝搬路すなわちチャネルの特性を推定する。そして、チャネル推定結果から、サブキャリアの位相回転量や振幅変動を知ることができ、パケットのペイロード部に相当するサブキャリアの信号に対し位相並びに振幅の補正を施す。

ＯＦＤＭのようなマルチキャリア伝送方式においては、データ・シンボルが長く続く間にタイミングがドリフトするという問題がある。タイミング・ドリフトがあると、サブキャリアの位相は捩れてくる。そこで、周波数トラッキング部７は、データ部に所定間隔で挿入されているパイロット・サブキャリアを用いて、受信信号の残留周波数推定誤差に対する位相トラックを行なう。

復号部８は、チャネル補正後のデータ信号に対しシンボル判定を行ない、そのデータ信号に復号する。そして、復号データは、上位層（アプリケーション）によってデータ処理が施される。

チャネル補正部６では、受信したチャネル推定用シーケンスに相当する信号について、ＦＦＴ部５によりサブキャリア毎に分離した後、自分が保持する既知のチャネル推定用シーケンスと乗算を行なうことで、ＯＦＤＭ信号が通過してきたチャネル特性、すなわち位相回転量と振幅変動を算出することができる。

本実施形態では、周波数ホッピング方式が適用されることから、チャネル補正部６では、使用するバンド毎にチャネル推定を行ない、且つチャネル補正を施す必要がある。

ここで、３つのバンドＡ〜Ｃを周波数ホッピングする通信システムにおいて、図１１に示したようにＡ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２といった具合に、バンド毎に２個のＯＦＤＭシンボルを使ってチャネル推定シーケンスを時分割で送る場合、Ａ１とＡ２はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れる。このような時間間隔の間に、それぞれのバンド上では受信するＯＦＤＭ信号の位相がドリフトし大きな周波数誤差となるので、時間軸上で平均化を行なう際のチャネル推定値の誤差の原因となり、この結果、ビット・エラー・レートが劣化するという問題を生じる。

そこで、本実施形態に係る受信装置では、チャネル補正部６でチャネル推定を行なう際に、バンド毎にＯＦＤＭシンボル間で生じる周波数誤差を加算して位相回転情報の平均化を行なうことで、高精度の周波数誤差検出を行なうようにした。

さらに、平均化した位相回転情報を各バンドの中心周波数で正規化し、求めた周波数誤差をＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに掛けてサブキャリア毎の位相回転角度に戻す。

例えば、３つのバンドＡ〜Ｃを周波数ホッピングする通信システムにおいて、Ａ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２といった具合に、バンド毎に２個のＯＦＤＭシンボルを使ってチャネル推定シーケンスを時分割で送る場合、Ａ１とＡ２はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れる（図１１を参照のこと）。

本発明に係る受信装置では、チャネル補正手段において時間軸上の平均化を行なう前に、Ａ１とＡ２からバンドＡにおける周波数誤差を求める。これをバンドＢ並びにＣについても行ない、加算することで、位相回転情報の平均化を行なう。そして、位相回転情報を平均化させた後、各バンドの中心周波数で正規化する。すべてのバンドの周波数誤差を用いて平均化することで、高精度の周波数誤差検出を行なうことができる。

また、求めた周波数誤差を各サブキャリアの周波数に掛けることで、位相回転角度に戻す。そして、Ａ１とＡ２のシンボル差の分で整数倍することで、Ａ１とＡ２のそれぞれの周波数誤差をなくし、Ａ１及びＡ２からそれぞれ求められたチャネル推定値の位相を合わせてから、時間平均をとる。他のバンドＢ及びＣにおいても同様に、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２からそれぞれ求めたチャネル推定値の位相を合わせてから、各バンドにおけるチャネル推定値の時間平均をとる。

図２には、本実施形態に係るチャネル補正部６の内部構成を示している。チャネル補正部６には、各バンドＡ〜Ｃで時間軸信号として送られてきた受信信号を受信ＲＦ処理し、さらにＦＦＴ（すなわちＯＦＤＭ復調）を行なって周波数軸上に並んだ複数のサブキャリアに分離した後の信号が入力される。

まず、乗算部６１において、各バンドＡ〜Ｃにおいて、パケットのチャネル推定部に相当する部分を取り出して、自分が保持する既知のチャネル推定シーケンスと乗算を行なう。そして、チャネル推定用のＯＦＤＭシンボルに含まれる個々のサブキャリアについて、隣り合う複数本のサブキャリアと周波数軸上で移動平均処理することで、フェージングの影響を除去する。但し、周波数軸上平均化処理は本発明の要旨に直接関連しないので、これ以上説明しない。

続いて、乗算部６３では、各バンドＡ〜Ｃにおいて、ホッピング周期の間隔で送られてくるＯＦＤＭシンボルのチャネル推定値同士の乗算を行なうことで、Ａ１とＡ２間、Ｂ１とＢ２間、並びにＣ１とＣ２間のそれぞれについて、ホッピング周期分の時間間隔によって生じる周波数誤差を算出する。続く位相回転角取得部６４では、この乗算値のＡｒｃＴａｎｇｅｎｔをとることで、周波数誤差を位相回転情報として取得する。

積分部６５では、各バンドＡ〜Ｃで、Ａ１とＡ２間、Ｂ１とＢ２間、並びにＣ１とＣ２間のそれぞれについて求められた位相回転角を加算することで、位相回転情報の平均化を行なう。すべてのバンドＡ〜Ｃの周波数誤差を平均化することで、高精度の周波数誤差検出を行なうことができる。

さらに、位相回転情報正規化部６６では、バンド毎の位相回転情報を平均化させた後、各バンドの中心周波数ｆ_{center_A}、ｆ_{center_B}、ｆ_{center_C}を用いて正規化する。

続いて、位相回転角度算出部６７では、バンド毎に中心周波数で正規化した周波数誤差の位相回転情報をＯＦＤＭシンボルＡ１、Ａ２、・・・の各サブキャリアの周波数に掛けることで、周波数誤差を位相回転角度に戻す。

図１１からも分るように、Ａ１とＡ２はホッピング周期に相当する時間だけ間隔が離れており、その時間間隔に相当する周波数誤差を持つ。シンボルの差の分でＡ１とＡ２をそれぞれ整数倍部６８で整数倍し、得られた位相回転角をｓｉｎ及びｃｏｓ情報を変換してそれぞれのＯＦＤＭシンボルＡ１及びＡ２のチャネル推定値に乗算することで、シンボル間隔に応じた周波数誤差をなくし、位相差を合わせる。この例では、Ｍ＝０、Ｎ＝３となる。他のバンドＢ及びＣにおいても同様に位相差を合わせてから、各バンドにおけるチャネル推定値の時間平均をとる。このように、位相差をなくしてから各ＯＦＤＭシンボルＡ１及びＡ２のチャネル推定値の時間平均をとるので、より正確なチャネル推定値を求めることができ、高精度なチャネル補正を実現することができる。

他のバンドＢ及びＣにおいても同様に、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２からそれぞれ求めたチャネル推定値の位相を合わせてから、各バンドにおけるチャネル推定値の時間平均をとる。

図２に示したチャネル補正部６内において、図１１に示したパターンで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号のチャネル推定値を時間軸平均化する際の動作タイミング・チャートを、図３に示しておく。

図４には、３つのバンドをまとめて位相回転情報を平均化して得た周波数誤差により各バンドの位相補正を行なう場合における特性を、１バンド毎に得られた位相回転情報を用いて各バンドの位相補正を行なう場合と比較した結果を示している。但し、マルチバンドＯＦＤＭ方式における、Ｅ_s／Ｎ₀＝０ｄＢ、チャネル・グループＡ、周波数誤差４０ｐｐｍの場合の例とする。

４０ｐｐｍの場合は、１ＯＦＤＭシンボルにおいて約２０度位相回転する。つまり２０度回転していることが推定できれば、位相回転推定誤差（ｄｅｔｅｃｔｅｄｐｈａｓｅｅｒｒｏｒ）は０となる。図４では、これをノイズの種などを変更することで、１０００回行なうことによるＣＤＦ（累積分布関数）を示している。１バンドしか使用してない場合は、１５ｄｅｇの推定誤差が起こり得るのに対して、３バンド使用すると、最悪値でも１０ｄｅｇの推定誤差に抑えることができることが分かる。

また、すべてのバンドＡ〜Ｃの周波数誤差を平均化することにより高精度で検出した周波数誤差を、周波数トラッキングのループ・フィルタの初期値に用いることができる。この場合、周波数トラッキング回路の追従特性が改善され、受信特性の劣化を改善することができる。

図５には、この場合のチャネル補正部６並びに周波数トラッキング部７の構成例を示している。

チャネル補正部６の構成並びに動作は図２に示したものと同様なので、ここでは説明を簡略化する。

チャネル補正部６では、各バンドＡ〜Ｃで、Ａ１とＡ２間、Ｂ１とＢ２間、並びにＣ１とＣ２間のそれぞれについて求められた位相回転角を加算して位相回転情報の平均化を行なうことで、高精度の周波数誤差検出を行なうことができる。そして、平均化した位相回転情報を各バンドの中心周波数ｆ_{center_A}、ｆ_{center_B}、ｆ_{center_C}を用いて正規化し、これらをループ・フィルタの初期値として、周波数トラッキング部７に入力する。

周波数トラッキング部７では、まず、データ・サブキャリアに挿入されているパイロット・サブキャリアを取り出すと、乗算部７１にて既知のパイロット・シーケンスと乗算する。

そして、位相回転角検出部７２では、乗算結果のＡｒｃｔａｎｇｅｎｔを取ることで、パイロット・シンボルの位相回転角を得る。積分部７３ではこれをＯＦＤＭシンボル毎に積分し、正規化部７４では、現バンドの中心周波数で正規化する。

ループ・フィルタ７５は、チャネル補正部６から入力される周波数誤差の検出結果を初期値に用いて、平滑化処理を行なう。

その後、周波数ホッピングの次バンドの中心周波数倍して、ｓｉｎ及びｃｏｓ情報に変換して、後続のデータ・サブキャリアに乗算する。

図５に示した周波数トラッキング部７内において、図１１に示したパターンで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号の周波数トラッキングを行なう際の動作タイミング・チャートを、図６に示しておく。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を模式的に示した図である。図２は、チャネル補正部６の内部構成を示した図である。図３は、図２に示したチャネル補正部６内において、図１１に示したパターンで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号のチャネル推定値を時間軸平均化する際の動作タイミング・チャートである。図４は、３つのバンドをまとめて位相回転情報を平均化して得た周波数誤差により各バンドの位相補正を行なう場合における特性を、１バンド毎に得られた位相回転情報を用いて各バンドの位相補正を行なう場合と比較した結果を示した図である。図５は、すべてのバンドＡ〜Ｃの周波数誤差を平均化することにより高精度で検出した周波数誤差を、周波数トラッキングのループ・フィルタの初期値に用いる場合のチャネル補正部６並びに周波数トラッキング部７の構成例を示した図である。図６は、図５に示した周波数トラッキング部７内において、図１１に示したパターンで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号の周波数トラッキングを行なう際の動作タイミング・チャートである。図７は、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式（以下、「ＭＢ−ＯＦＤＭ」とする）において規定されている周波数割り当て例を示した図である。図８は、マルチバンドＯＦＤＭ方式において、時間軸のＯＦＤＭシンボルに対して周波数ホッピングしながらデータ伝送を行なう様子を示した図である。図９は、ＯＦＤＭ伝送方式におけるチャネル推定並びにチャネル補正の仕組みを模式的に示した図である。図１０は、ペイロードの前のプリアンブルとして、同期獲得用シーケンスと、チャネル推定用シーケンスが付加されているパケット構成例を示した図である。図１１は、周波数チャネル毎のチャネル推定シーケンスが時分割で送られてくる様子を示した図である。

符号の説明

１…アンテナ
２…ＲＦ処理部
３…同期処理部
４…ガード・インターバル除去部
５…ＦＦＴ部
６…チャネル補正部
７…周波数トラッキング部
８…復号部

Claims

複数のバンドで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、各バンド上ではチャネル推定用シーケンスとしてのＯＦＤＭシンボルがホッピング周期で時分割により複数回送られ、
チャネル上で伝送されたＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、
ＯＦＤＭ信号をサブキャリア毎の信号に分離するフーリエ変換手段と、
各サブキャリア信号分離されたチャネル推定用シーケンスのＯＦＤＭシンボルを用いてチャネル特性を推定してチャネル補正を行なうチャネル補正手段と、
チャネル補正後のデータ信号に対しシンボル判定を行ない、元のデータ信号に復号する復号手段を備え、
前記チャネル補正手段は、
ホッピング周期で送られてくるチャネル推定用のＯＦＤＭシンボル間における周波数誤差をバンド毎に求め、各バンドで求めた周波数誤差を加算して平均化を行なうとともに各バンドにおける中心周波数で正規化し、
各バンドにおいて、正規化された周波数誤差をＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに掛けてサブキャリア毎の位相回転角度に戻し、ホッピング周期で送られてくるＯＦＤＭシンボル間におけるシンボル差の分でサブキャリア毎の位相回転情報を整数倍し、該整数倍した位相回転情報に基づいて各ＯＦＤＭシンボルのチャネル推定値に対して位相回転量の補正を行なうことで、同一バンドにおける各ＯＦＤＭシンボルによるチャネル推定値の位相を合わせ、
その後に、各バンドにおけるＯＦＤＭシンボル毎のチャネル推定値を時間軸平均化する、
ことを特徴とする受信装置。
前記の各バンドで求めた位相回転情報を加算して平均化してバンド毎に中心周波数で正規化して得られた周波数誤差を、周波数トラッキングのループ・フィルタの初期値に用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
複数のバンドで周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ信号が伝送されたチャネルの特性を推定するチャネル推定装置であって、各バンド上ではチャネル推定用シーケンスとしてのＯＦＤＭシンボルがホッピング周期で時分割により複数回送られており、
フーリエ変換によりＯＦＤＭ信号を周波数軸上に並ぶ複数のサブキャリアに分離した後に、パケットのプリアンブルとして含まれるチャネル推定用シーケンスを既知シーケンスで乗算してチャネル推定値を得るチャネル推定値算出手段と、
各バンドについて、ホッピング周期で送られてくるチャネル推定用のＯＦＤＭシンボル間における周波数誤差を求める周波数誤差検出手段と、
各バンドで求めた周波数誤差を加算して平均化を行なう位相回転情報平均化手段と、
該平均化した周波数誤差を各バンドにおける中心周波数で正規化する位相回転情報正規化手段と、
各バンドにおいて、正規化された周波数誤差をＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに掛けてサブキャリア毎の位相回転角度に戻す位相回転角度算出手段と、
ホッピング周期で送られてくるＯＦＤＭシンボル間におけるシンボル差の分でサブキャリア毎の位相回転情報を整数倍し、該整数倍した位相回転情報に基づいて各ＯＦＤＭシンボルのチャネル推定値に対して位相回転量の補正を行なうことにより、各チャネル推定値の位相を合わせるチャネル推定値位相補正手段と、
各バンドにおいて、位相補正されたチャネル推定値を時間軸平均化する時間軸平均化手段と、
を具備することを特徴とするチャネル推定装置。