JP2007300195A - マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア受信装置の制御方法 - Google Patents

マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア受信装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】従来と同等の受信特性を保ちつつ、処理負荷を軽減すること。
【解決手段】複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を用いるマルチキャリア受信装置100のサブキャリア補償部22において、受信レベル調整要否判定部は、受信レベル算出部により算出されるサブキャリアの受信レベルに基づいて、一部又は全部の伝送チャネルそれぞれについて、受信レベルの調整が必要であるか否かを判定する。受信レベル調整部は、受信レベル調整要否判定部によりサブキャリアの受信レベルの調整が必要であると判定される伝送チャネルにおいて、各サブキャリアの受信レベルを調整する。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を採用するマルチキャリア受信装置及びマルチキャリア受信装置の制御方法に関する。
マルチキャリア伝送方式は、伝送データを周波数の異なる複数の搬送波(サブキャリア)に分配して伝送する方式である。マルチキャリア伝送方式の一つにOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重方式)がある。OFDMは、狭帯域のサブキャリアを相互に直交するように配置することにより、周波数の利用効率を高めた伝送方式である。また、シンボル間にガードインターバルを挿入することにより、遅延波によるシンボル間干渉の影響を軽減した伝送方式である。
一般に、マルチパス伝搬路に遅延波が存在する場合には、特定周波数の受信レベルが低下する周波数選択性フェージングが発生する。図6は、マルチパス環境下におけるOFDMの受信周波数特性の一例を示す図である。同図では、横軸をサブキャリア(約900のサブキャリア)とし、縦軸を受信レベルとしている。同図に示すように、マルチパス環境下では、サブキャリアの受信レベルに大きなばらつきが生じることがある。
OFDMを含むマルチキャリア伝送方式では、伝送チャネル(サブチャネル)毎にデータをサブキャリアに分配して伝送するため、同一伝送チャネルにおいてサブキャリアの受信レベルに大きなばらつきが存在すると、復号時におけるデータ誤り率等の受信特性が劣化する。受信特性の劣化によるデータの部分欠落は、インターリーブや誤り訂正符号等を併用することによりある程度は回復可能であるが完全ではない。そこで、従来のマルチキャリア受信装置では、復号前に各サブキャリアの受信レベルを調整(等化等)することにより受信特性の劣化を防ぐようにしている。
なお、下記特許文献1には、1パケットの期間内に各サブキャリアの伝搬路特性が変動するような場合であっても、伝搬路特性の変動に追従して振幅変動及び位相変動の補正処理を行うための技術が開示されている。
特開2002−44049号公報
しかし、従来のマルチキャリア受信装置では、通信帯域内のすべての伝送チャネルにおいて上記受信レベルの調整を行っていたため、膨大な演算処理を必要としていた。すなわち、受信レベルの調整を必要としない伝送チャネルについても調整を行っていたため無駄が生じていた。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、従来と同等の受信特性を保ちつつ、処理負荷を軽減することができるマルチキャリア受信装置及びマルチキャリア受信装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るマルチキャリア受信装置は、複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を用いるマルチキャリア受信装置であって、前記サブキャリアの受信レベルを算出する受信レベル算出手段と、一部又は全部の前記伝送チャネルそれぞれについて、前記受信レベル算出手段により算出される前記サブキャリアの受信レベルに係る調整の要否を判定する受信レベル調整要否判定手段と、前記受信レベル調整要否判定手段により前記サブキャリアの受信レベルの調整が必要であると判定される伝送チャネルにおいて、前記各サブキャリアの受信レベルを調整する受信レベル調整手段と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係るマルチキャリア受信装置の制御方法は、複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を用いるマルチキャリア受信装置の制御方法であって、前記サブキャリアの受信レベルを算出する受信レベル算出ステップと、一部又は全部の前記伝送チャネルそれぞれについて、前記受信レベル算出ステップにおいて算出される前記サブキャリアの受信レベルに係る調整の要否を判定する受信レベル調整要否判定ステップと、前記受信レベル調整要否判定ステップにおいて前記サブキャリアの受信レベルの調整が必要であると判定される伝送チャネルにおいて、前記各サブキャリアの受信レベルを調整する受信レベル調整ステップと、を含むことを特徴としている。
本発明では、サブキャリアの受信レベルを算出し、その算出結果に基づいて、一部又は全部の伝送チャネルそれぞれについて、サブキャリアの受信レベルを調整する必要があるか否かを判定する。そして、サブキャリアの受信レベルの調整が必要であると判定される伝送チャネルにおいて、各サブキャリアの受信レベルを調整する。
本発明によれば、サブキャリアの受信レベルの調整を必要としない伝送チャネルについては受信レベルの調整処理を行わないため、従来と同等の受信特性を保ちつつ、受信装置の処理負荷を軽減することができる。また、受信レベルの調整に係る演算量が軽減されるため、受信装置のコストを抑えることができる。
また、本発明の一態様では、前記受信レベル調整要否判定は、前記一部又は全部の伝送チャネルそれぞれについて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値に応じて前記調整の要否を判定する。こうすれば、伝送チャネル毎に、サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値(例えば、受信レベルの較差や標準偏差等)に応じて、受信レベルの調整の要否を判定することができるようになる。
また、本発明の一態様では、前記受信レベル調整要否判定は、前記一部又は全部の伝送チャネルそれぞれについて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が所定値以上である場合に前記調整が必要であると判定する。こうすれば、サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値(例えば、受信レベルの較差や標準偏差等)が所定値未満である伝送チャネルについては受信レベルの調整を行わないようにすることができる。
また、本発明の一態様では、前記受信レベル調整手段は、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が前記所定値以上である伝送チャネルにおいて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が前記所定値未満となるように、少なくとも一部の前記サブキャリアの受信レベルを増幅する。こうすれば、サブキャリアの受信レベルのばらつきが大きい伝送チャネルにおいて、相対的に受信レベルの低いサブキャリアの受信レベルが増幅され、受信レベル差が縮小されるようになる。
また、本発明の一態様では、前記伝送方式は、直交周波数分割多重方式である。こうすれば、直交周波数分割多重方式を用いる受信装置において、従来と同等の受信特性を保ちつつ、受信装置の処理負荷を軽減することができるようになる。
以下、本発明の実施の形態(以下、本実施の形態)を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、マルチキャリア伝送方式として直行周波数分割多重方式を用いる受信装置を例に挙げて説明する。また、本実施の形態では、図4に示されるOFDMシンボル構成を持つOFDM信号を受信する場合について説明する。すなわち、OFDMシンボル列の各サブキャリア成分には、1データシンボル毎に後述する各種補償用のパイロットシンボルが含まれるものとする。
図1は、本発明の実施の形態に係るマルチキャリア受信装置100の機能ブロック図である。同図に示すように、マルチキャリア受信装置100は、アンテナ10、無線受信部12、同期処理部14、ガードインターバル除去部16、S/P(直並列)変換部18、FFT(フーリエ変換)部20、サブキャリア補償部22、チャネル推定・補償部24、P/S(並直列)変換部26、デマッピング部28及びデータ復号部30を含んで構成される。
マルチキャリア受信装置100は、他の通信装置から送信されるOFDM信号を受信し、OFDM信号からデータシンボル列を復調して対応するデータビット列を復号する。
アンテナ10は、無線受信部12に接続されており、他の通信装置からOFDM信号を受信して無線受信部12に出力する。
無線受信部12は、ローノイズ増幅器、フィルタ、ダウンコンバータ及びA/D(アナログ/ディジタル)変換器等を備え、アンテナ10で受信されるOFDM信号に対して、増幅、フィルタリング、ダウンコンバージョン及びA/D変換等を行ってベースバンドOFDM信号を取得し、同期処理部14に出力する。
同期処理部14は、無線受信部12から入力されるベースバンドOFDM信号のシンボル同期及び搬送波周波数同期を行う。シンボル同期は、OFDMシンボルの基準となるシンボルタイミング情報を取得する処理である。一方、搬送波周波数同期は、OFDM信号からベースバンドOFDM信号を得るためのダウンコンバージョン及びベースバンドOFDM信号からドップラーシフト等による周波数オフセットを除去するための搬送波周波数同期において用いられる搬送波周波数誤差情報を取得する処理である。具体的には、同期処理部14は、無線受信部12から入力されるベースバンドOFDM信号に含まれる既知のパイロット信号(パイロットシンボルに対応する信号)又は別途挿入される同期用プリアンブル信号等に基づいて、シンボルタイミング情報及び搬送波周波数誤差情報を検出する。そして、検出した搬送波周波数誤差情報に基づいてベースバンドOFDM信号を正規の搬送波周波数に同期させるとともに、周波数同期後のベースバンドOFDM信号と検出したシンボルタイミング情報をガードインターバル除去部16に出力する。なお、上記シンボル同期は、OFDMシンボルの先頭に末尾部分と同一の信号が含まれるというOFDM信号そのものの特徴を利用した相関検出、すなわち、ベースバンドOFDM信号に含まれるガードインターバル信号を利用した相関検出に基づいて行うこともできる。
ガードインターバル除去部16は、同期処理部14から入力される周波数同期後のベースバンドOFDM信号からガードインターバル信号を除去する。具体的には、同期処理部14から入力されるシンボルタイミング情報に従い、ベースバンドOFDM信号に対して1OFDMシンボル長からガードインターバル信号長を差し引いた時間幅のウィンドウをかけることによりガードインターバル信号を除去する。
S/P変換部18は、ガードインターバル除去部16から入力される信号をOFDMシンボル毎にサンプリングし、FFT部20に出力する。サンプリング周波数は、同期処理部14において取得されたシンボルタイミング情報及び搬送波周波数誤差情報等に基づいて決定される。
FFT部20は、S/P変換部18から入力されるサンプリング値に対してOFDMシンボル毎に高速離散フーリエ変換を行い、OFDMシンボルの各サブキャリア成分を抽出する。
図2は、サブキャリア補償部22の機能ブロック図である。同図に示すように、サブキャリア補償部22は、受信レベル算出部40、受信レベル調整要否判定部42及び受信レベル調整部44を含んで構成され、一部又は全部の伝送チャネル(以下、サブチャネル)それぞれについて各サブキャリアの受信レベルに係るばらつきの大きさを判定し、ばらつきが大きいサブチャネルについてのみ各サブキャリアの受信レベル(RSSI;Receive Signal Strength Indication)を調整する。これは、周波数選択性フェージングはサブキャリアの受信レベルのばらつきとして現れること、及びサブチャネル全帯域において周波数選択性フェージングの影響は不均一に現れること、という前提に基づくものである。サブキャリア補償部22は、サブキャリアの受信レベルの調整を必要としないサブチャネルについては調整を行わないため、従来と同等の受信特性を保ちつつ、受信装置の処理負荷を軽減させることが可能となる。
受信レベル算出部40は、FFT部20から順次入力されるOFDMシンボルの各サブキャリア成分に基づいて、各サブキャリアの受信レベルを算出する。受信されたOFDM信号が周波数選択性フェージングによる振幅変動を受けると、受信レベル算出部40で算出される各サブキャリアの受信レベルには、図6に示されるような大きなばらつきが生じる。
受信レベル調整要否判定部42は、一部又は全部のサブチャネルそれぞれについて、受信レベル算出部40により算出されるサブキャリアの受信レベルに基づいて、当該受信レベルの調整の要否を判定する。すなわち、周波数選択性フェージング等により、受信レベルの調整が必要となるほど大きな振幅変動を受けたサブチャネルを特定する。具体的には、一部又は全部のサブチャネルそれぞれについて、当該サブチャネルを構成する各サブキャリアのばらつきを示す値(例えば、受信レベルの較差や標準偏差等)を求め、その値が大きいサブチャネルについては受信レベルの調整が必要と判定し、小さいサブチャネルについては受信レベルの調整が不要と判定する。例えば、受信レベルのばらつきを示す所定の閾値を予め設定しておき、ばらつきを示す値が当該閾値以上であるか否かに応じて上記判定を行うようにする。
受信レベル調整部44は、受信レベル調整要否判定部42により受信レベルの調整が必要であると判定されるサブチャネルにおいて、各サブキャリアの受信レベルを調整する。具体的には、当該サブチャネルにおいて、各サブキャリアの受信レベルがほぼ同一レベルとなるように、相対的に受信レベルの低いサブキャリアの受信レベルを増幅する。あるいは、各サブキャリアのばらつきを示す値が少なくとも受信レベル調整要否判定部42の判定に用いた上記閾値未満となるように、受信レベルの低いサブキャリアの受信レベルを増幅する。例えば、各サブキャリアにおいてデータシンボル毎に挿入された既知のパイロットシンボル部分の劣化度合いに応じて、劣化の大きいサブキャリアの受信レベルを増幅するようにしてもよい。こうすれば、図4に示されるようにサブチャネル全帯域に渡りパイロットシンボルが配置されている場合に、精度の高い受信レベル調整が可能となる。
受信レベル調整後、サブチャネル補償部22は、当該調整結果の検証を行う。これは、受信レベル調整によっても受信レベルの劣化分を十分に補償することのできない不良信号を検出するために行う処理である。具体的には、チャネル補償部48において取得される当該サブチャネルにおける各サブキャリアのS/N比に基づいて受信レベル調整の成否を判定する。すなわち、チャネル補償部48から入力される各サブキャリアのS/N比が所定値以上であれば当該調整は成功と判定し、所定値未満であれば調整は失敗したものと判定して当該調整後の信号を補償不能な不良信号として扱う。なお、受信レベル調整結果の成否は、当該調整後の受信レベルのばらつきを示す値に基づいて判定するようにしてもよい。例えば、調整後の受信レベルについて、受信レベルのばらつきを示す値を求め、その値が受信レベル調整要否判定部42の判定に用いた上記閾値未満であれば当該調整は成功したともの判定し、上記閾値以上であれば調整は失敗したものと判定するようにしてもよい。
図3は、チャネル推定・補償部24の機能ブロック図である。同図に示すように、チャネル推定・補償部24は、チャネル推定部46及びチャネル補償部48を含んで構成され、サブキャリア毎に、周波数選択性フェージングにより生じる振幅位相歪み等を推定し、低減する。サブキャリア補償部22からの出力信号は、チャネル推定部46とチャネル補償部48とにそれぞれ入力される。
チャネル推定部46は、サブキャリア毎に、サブキャリア補償部22から入力されるパイロットシンボルと既知のパイロット信号との相関演算を行うことにより振幅変動値及び位相回転量等の伝搬路特性を推定する。
チャネル補償部48は、チャネル推定部36により推定された伝搬路特性に基づいて、サブキャリア毎に、サブキャリア補償部22から入力されるデータシンボル信号の振幅変動値及び位相回転量等を補償する。また、チャネル補償部48は、受信レベル調整部44における受信レベル調整結果の検証用情報として、サブキャリア毎にS/N比を算出し、当該算出値をサブキャリア補償部22に出力する。
P/S変換部26は、チャネル補償部48から順次入力されるデータシンボルを連続するデータシンボル列に変換し、デマッピング部28に出力する。
デマッピング部28は、P/S変換部26から入力されるデータシンボル列からデータビット列を復元し、データ復号部30に出力する。シンボルの判定は、シンボルの変調方式に応じた固有の方法で行われる。
データ復号部30は、デマッピング部30から入力されるデータビット列に対して誤り訂正復号等を行い、送信データビット列を得る。
次に、本発明の実施の形態に係る復調及び復号処理を、図5のフローチャートに基づいて説明する。
アンテナ10で受信されたOFDM信号は、無線受信部12にてベースバンドOFDM信号に変換される。次に、同期処理部14は、無線受信部12から入力されるベースバンドOFDM信号の搬送波周波数同期等を行う(S200)。
ガードインターバル除去部16は、同期処理部14から入力される周波数同期後のベースバンドOFDM信号からガードインターバル信号を除去する(S202)。ガードインターバル信号が除去された信号は、S/P変換部18にて所定のサンプリング周期でOFDMシンボル毎にサンプリングされる。
FFT部20は、S/P変換部18から入力されるサンプリング値に対してOFDMシンボル毎に高速離散フーリエ変換を行い、OFDMシンボルの各サブキャリア成分を抽出する(S204)。
次に、サブキャリア補償部22において、受信レベル算出部40は、FFT部20から順次入力されるOFDMシンボルの各サブキャリア成分に基づいて、各サブキャリアの受信レベルを算出する(S206)。
受信レベル調整要否判定部42は、一部又は全部のサブチャネルそれぞれについて、当該サブチャネルを構成するサブキャリアの受信レベルにばらつきがあるか否かを確認する(S208)。具体的には、受信レベル算出部40により算出されるサブキャリアの受信レベルに基づいて、サブチャネル毎に各サブキャリアのばらつきを示す値(例えば、受信レベルの較差や標準偏差等)を求め、それが所定の閾値以上であるか否かを確認する。
S208において「ばらつき有」と判定されると、受信レベル調整部44は、ばらつきがあると判定されたサブチャネルにおいて、各サブキャリアの受信レベルが同一レベルとなるように調整する(S210)。受信レベル調整後、当該サブチャネルについて、受信レベルのばらつきが解消されたか否かを確認する(S212)。具体的には、チャネル補償部48において取得される当該サブチャネルにおける各サブキャリアのS/N比が所定値未満であれば「ばらつき有」と判定し、所定値以上であれば「ばらつき無」と判定する。S212において「ばらつき有」と判定されると、当該サブチャネルにおける当該調整後の信号は補償不能として破棄される。この場合、必要に応じてデータの再送制御等を行う。
S208又はS212において「ばらつき無」と判定されると、チャネル推定部46は、サブキャリア毎に、サブキャリア補償部22から入力されるパイロットシンボルと既知のパイロット信号との相関検算を行うことにより振幅変動値及び位相回転量等の伝搬路特性を推定する(S214)。次に、チャネル補償部48は、チャネル推定部36により推定された伝搬路特性に基づいて、サブキャリア毎に、サブキャリア補償部22から入力されるデータシンボル信号の振幅変動値及び位相回転量等を補償する(S216)。
チャネル補償後のデータシンボルは、P/S変換部26にて連続するデータシンボル列に変換され、さらにデマッピング部28にてシンボル判定されて、対応するデータビット列が復元される。次に、データ復号部30は、デマッピング部30から入力されるデータビット列に対して誤り訂正復号等を行い、送信データビット列を得る(S218)。
以上に述べたマルチキャリア受信装置及びマルチキャリア受信装置の制御方法によれば、サブキャリアの受信レベルの調整を必要としない伝送チャネルについては受信レベルの調整処理を行わないため、従来と同等の受信特性を保ちつつ、受信装置の処理負荷を軽減することができる。また、受信レベルの調整に係る演算量が軽減されるため、受信装置のコストを抑えることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、各伝送チャネルが隣接する複数のサブキャリアで構成される方式を前提に説明したが、各伝送チャネルが互いに隣接しない複数のサブキャリアから構成される方式においても適用可能である。すなわち、当該方式は、各伝送チャネルを構成する各サブキャリアの周波数を分散させることにより、周波数選択性フェージングの影響を低減させるものであるが、各伝送チャネルとそれを構成する各サブキャリアとを対応づけるための手段をさらに備えることにより、上記実施の形態に係るマルチキャリア受信装置を当該方式に適用させることができる。
本実施の形態に係るマルチキャリア受信装置の機能ブロック図である。 サブキャリア補償部の機能ブロック図である。 チャネル推定・補償部の機能ブロック図である。 OFDMシンボル構成の一例を示す図である。 本実施の形態に係る復調及び復号処理を示すフローチャートである。 マルチパス環境下におけるOFDMの受信周波数特性の一例を示す図である。
符号の説明
10 アンテナ、12 無線受信部、14 同期処理部、16 ガードインターバル除去部、18 S/P変換部、20 FFT部、22 サブキャリア補償部、24 チャネル推定・補償部、26 P/S変換部、28 デマッピング部、30 データ復号部、40 受信レベル算出部、42 受信レベル調整要否判定部、44 受信レベル調整部、46 チャネル推定部、48 チャネル補償部、100 マルチキャリア受信装置。

Claims (6)

  1. 複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を用いるマルチキャリア受信装置であって、
    前記サブキャリアの受信レベルを算出する受信レベル算出手段と、
    前記伝送チャネルについて、前記受信レベル算出手段により算出される前記サブキャリアの受信レベルに係る調整の要否を判定する受信レベル調整要否判定手段と、
    前記各サブキャリアの受信レベルを調整する受信レベル調整手段と、
    を含むことを特徴とするマルチキャリア受信装置。
  2. 請求項1に記載のマルチキャリア受信装置において、
    前記受信レベル調整要否判定は、前記伝送チャネルについて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値に応じて前記調整の要否を判定する、
    ことを特徴とするマルチキャリア受信装置。
  3. 請求項2に記載のマルチキャリア受信装置において、
    前記受信レベル調整要否判定は、前記伝送チャネルについて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が所定値以上である場合に前記調整が必要であると判定する、
    ことを特徴とするマルチキャリア受信装置。
  4. 請求項3に記載のマルチキャリア受信装置において、
    前記受信レベル調整手段は、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が前記所定値以上である伝送チャネルにおいて、前記各サブキャリアの受信レベルのばらつきを示す値が前記所定値未満となるように、少なくとも一部の前記サブキャリアの受信レベルを増幅する、
    ことを特徴とするマルチキャリア受信装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載のマルチキャリア受信装置において、
    前記伝送方式は、直交周波数分割多重方式である、
    ことを特徴とするマルチキャリア受信装置。
  6. 複数の伝送チャネルそれぞれが複数のサブキャリアから構成される伝送方式を用いるマルチキャリア受信装置の制御方法であって、
    前記サブキャリアの受信レベルを算出する受信レベル算出ステップと、
    前記伝送チャネルについて、前記受信レベル算出ステップにおいて算出される前記サブキャリアの受信レベルに係る調整の要否を判定する受信レベル調整要否判定ステップと、
    前記受信レベル調整要否判定ステップにおいて前記サブキャリアの受信レベルの調整が必要であると判定される伝送チャネルにおいて、前記各サブキャリアの受信レベルを調整する受信レベル調整ステップと、
    を含むことを特徴とするマルチキャリア受信装置の制御方法。
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