JP2007514331A - 時分割多重パイロットを使用するブロードキャストｏｆｄｍシステムにおける同期化 - Google Patents

時分割多重パイロットを使用するブロードキャストｏｆｄｍシステムにおける同期化 Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】ＯＦＤＭシステムにおいて、送信機は、各フレームにおいて第１のＴＤＭパイロットを複数のサブバンドの第１の組で、その後第２のＴＤＭパイロットを複数のサブバンドの第２の組で同報通信する。各組のサブバンドは、総計Ｎ個のサブバンドから、（１）第１のＴＤＭパイロットについてのＯＦＤＭシンボルが、長さＬ１の同一のパイロット１系列を少なくともＳ１個含むように、また（２）第２のＴＤＭパイロットについてのＯＦＤＭシンボルが、長さＬ２の同一のパイロット２系列を少なくともＳ２個含むように、選択される。送信機はまた、ＦＤＭパイロットを同報通信し得る。受信機は、第１のＴＤＭパイロットを処理し（例えば、異なるパイロット１系列間で相関を実行して）フレームタイミングを獲得し、更に第２のＴＤＭパイロットを処理して（例えば、第２のＴＤＭパイロットから導かれるチャネルインパルス応答推定の開始を検出して）シンボルタイミングを獲得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般に、データ通信に関し、特に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を使用する無線ブロードキャストシステムにおける同期化に関する。
ＯＦＤＭは、システム帯域幅全体を複数の（Ｎ個の）直交周波数サブバンドに有効に分割するマルチキャリア変調技術である。これらのサブバンドは、トーン（tones）、サブキャリア、ビン（bins）、及び周波数チャネルとも称される。ＯＦＤＭを用いて、各サブバンドは、データで変調され得るそれぞれのサブキャリアに関連付けられる。
以下に説明されるように、ＯＦＤＭシステムにおいて、送信機は、データを処理して変調シンボルを獲得し、当該変調シンボルにＯＦＤＭ変調を更に行ってＯＦＤＭシンボルを生成する。送信機は次に、ＯＦＤＭシンボルを調整し、通信チャネルを介して送信する。ＯＦＤＭシステムは、各フレームが特定の期間を有する、複数のフレームでデータが送信される送信構造を用いてもよい。異なるタイプのデータ（例えば、トラヒック／パケットデータ、オーバーヘッド／制御データ、パイロットなど）は、各フレームの異なる部分で送信され得る。パイロットとは、送信機及び受信機の両方によって先験的に（a priori）知られているデータ及び／又は送信を総称的にいう。
受信機は通常、送信機によって送信されるデータを適当に回復するために、正確なフレーム及びシンボルタイミングを得る必要がある。例えば、受信機は、各フレームの開始を、当該フレーム中で送信される異なるタイプのデータを適当に回復するために、知る必要があり得る。受信機はしばしば、各ＯＦＤＭシンボルが送信機によって送信される時間も、通信チャネルによって導入される伝播遅延も知らないことがある。従って受信機は、受信したＯＦＤＭシンボルに相補的なＯＦＤＭ復調を適当に行うために、通信チャネルを介して受信される各ＯＦＤＭシンボルのタイミングを確認する必要があることになる。
同期化とは、フレーム及びシンボルタイミングを得るために受信機によって実行される処理をいう。受信機はまた、同期化の一部として、周波数誤差推定（frequency error estimation）といった他のタスクも実行し得る。送信機は通常、同期化をサポートするためにシステムリソースを消費し、受信機もまた、同期化を実行するためにリソースを消費する。データ送信には同期オーバーヘッドが必要とされるので、同期化のために受信機及び送信機の両方によって使用されるリソースの量は最小限にすることが望ましい。
従って、当技術分野には、ブロードキャストＯＦＤＭシステムにおいて効率よく同期化を達成する技術に対する必要がある。
本出願は、２００３年９月２日に出願され、「時分割多重パイロットシンボルを使用するマルチキャストワイヤレスシステムにおける初期同期の方法（"Method for Initial Synchronization in a Multicast Wireless System Using Time-Division Multiplexed Pilot Symbols"）」と題された、米国仮出願第６０／４９９，９５１号の利益を主張する。
[要約]
ＯＦＤＭシステムにおいて時分割多重（ＴＤＭ）パイロットを使用して同期化を達成する技術が本明細書に記載される。各フレーム（例えば、フレームの開始）において、送信機は、第１のＴＤＭパイロットを複数のサブバンドの第１の組で、その後第２のＴＤＭパイロットを複数のサブバンドの第２の組で同報通信又は送信する。第１の組はＬ１個のサブバンドを含み、第２の組はＬ２個のサブバンドを含むが、ここでＬ１とＬ２はそれぞれ合計Ｎ個のサブバンドの一部（fraction）であって、Ｌ２＞Ｌ１である。各組のサブバンドは、（１）第１の組のＬ１個のサブバンドが、Ｓ１＝Ｎ／Ｌ１個のサブバンドによって均等に隔てられ、（２）第２の組のＬ２個のサブバンドが、Ｓ２＝Ｎ／Ｌ２個のサブバンドによって均等に隔てられるように、合計Ｎ個のサブバンドに渡って一様に割当てられ得る。このパイロット構造は、（１）第１のＴＤＭパイロットのＯＦＤＭシンボルが、少なくともＳ１個の同一の「パイロット１」系列を含み、各パイロット１系列がＬ１個の時間ドメインのサンプルを含んでおり、（２）第２のＴＤＭパイロットのＯＦＤＭシンボルが、少なくともＳ２個の同一の「パイロット２」系列を含んでおり、各パイロット２系列はＬ２個の時間ドメインのサンプルを含む、という結果になる。送信機はまた、周波数分割多重（ＦＤＭ）パイロットを各フレームの残りの部分でデータと共に送信し得る。２個のＴＤＭパイロットを有する、このパイロット構造は、同報通信システムにうまく適合するが、非同報通信のシステムにも用いられ得る。
受信機は、第１及び第２のＴＤＭパイロットに基づいて同期化を実行できる。受信機は、第１のＴＤＭパイロットを処理して、フレームタイミング及び周波数誤差推定値（frequency error estimate）を得ることができる。受信機は、第１のＴＤＭパイロットの異なるパイロット１系列間の遅延相関に基づいて検出メトリック（detection metric）を計算し、当該検出メトリックを閾値と比較し、比較結果に基づいて第１のＴＤＭパイロット（従って、フレーム）の検出を宣言し得る。受信機はまた、受信したＯＦＤＭシンボルの周波数誤差の推定値をパイロット１系列に基づいて得ることができる。受信機は、第２のＴＤＭパイロットを処理して、シンボルタイミング及びチャネル推定値を得ることができる。受信機は、受信した第２のＴＤＭパイロットのＯＦＤＭシンボルに基づいてチャネルインパルス応答推定値（a channel impulse response estimate）を導き、チャネルインパルス応答推定値の開始（start）を（例えば、チャネルインパルス応答のチャネルタップのエネルギーに基づいて）検出し、検出されたチャネルインパルス応答推定値の開始に基づいてシンボルタイミングを導いてもよい。受信機はまた、合計Ｎ個のサブバンドについてのチャネル周波数応答推定値をチャネルインパルス応答推定値に基づいて導いてもよい。受信機は、第１及び第２のＴＤＭパイロットを初期同期に用いてもよく、また、ＦＤＭパイロットを周波数及び時間トラッキング、並びに、より正確なチャネル推定に用いてもよい。
本発明の種々の面及び実施形態は、以下に更に詳細に記載される。
[詳細な説明]
本発明の特徴及び本質は、全体に渡って同様の符号は同様に識別する図面と共に理解すれば、以下に述べる詳細な説明から、より明白になるであろう。
本明細書において、「例示の」という語は「例、実例、又は例証となる」ということを意味するために用いられる。「例示の」として本明細書に記載される如何なる実施形態又は設計も、必ずしも他の実施形態又は設計と比較して好適な、又は有利なものとして解釈されるべきではない。
本明細書に記載される同期化技術は、種々のマルチキャリアシステムに、及び、アップリンクのみならずダウンリンクにも使用され得る。ダウンリンク（又はフォワードリンク）とは、基地局から無線装置への通信リンクをいい、アップリンク（又はリバースリンク）とは、無線装置から基地局への通信リンクをいう。明確にするために、これらの技術は、ＯＦＤＭシステムにおけるダウンリンクに関して以下に記載される。
図１は、ＯＦＤＭシステム１００における基地局１１０と無線装置１５０のブロック図を示す。基地局１１０は、一般に固定された局であり、また、ベーストランシーバシステム（ＢＴＳ）、アクセスポイント、又は他の何らかの用語で称される。無線装置１５０は、固定されていても移動可能であってもよく、また、ユーザ端末、移動局、又は他の何らかの用語で称される。無線装置１５０はまた、携帯電話、携帯装置、無線モジュール、ＰＤＡ（personal digital assistant）などの携帯可能なユニットであってもよい。
基地局１１０では、ＴＸデータ及びパイロットプロセッサ１２０は、異なるタイプのデータ（例えば、トラヒック／パケットデータ、及びオーバーヘッド／制御データ）を受信し、受信したデータを処理して（例えば、符号化し、インタリーブし、及びシンボルマップして（symbol maps））データシンボルを生成する。本明細書では、「データシンボル」はデータ用の変調シンボルであり、「パイロットシンボル」はパイロット用の変調シンボルであり、変調シンボルは、変調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭなど）のための信号点配置（signal constellation）における一点の複素数値である。プロセッサ１２０はまた、パイロットデータを処理してパイロットシンボルを生成し、データとパイロットシンボルをＯＦＤＭ変調器１３０に供給する。
以下に記載されるように、ＯＦＤＭ変調器１３０は、データとパイロットシンボルを適当なサブバンドとシンボル期間に多重化し、多重化されたシンボルに更にＯＦＤＭ変調を行って、ＯＦＤＭシンボルを生成する。送信機ユニット（ＴＭＴＲ）１３２は、ＯＦＤＭシンボルを一又は複数のアナログ信号に変換し、当該一つの（又は複数の）アナログ信号を調整して（例えば、増幅し、フィルタし、及び周波数アップコンバートして）、変調された信号を生成する。基地局１１０は、変調された信号をアンテナ１３４からシステム中の無線装置に送信する。
無線装置１５０においては、基地局１１０からの送信された信号は、アンテナ１５２によって受信され、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）１５４に供給される。受信機ユニット１５４は、受信した信号を調整して（例えば、フィルタし、増幅し、及び周波数ダウンコンバートして）、当該調整された信号をデジタル化して、入力サンプルのストリームを得る。ＯＦＤＭ復調器１６０は、ＯＦＤＭ復調を入力サンプルに行って、受信されたデータ及びパイロットシンボルを得る。ＯＦＤＭ復調器１６０はまた、チャネル推定値（例えば、周波数応答推定値）を有する、受信されたデータシンボルに検出（例えば、照合フィルタリング）を実行して、検出されたデータシンボルを得るが、これらは基地局１１０によって送信されたデータシンボルの推定値である。ＯＦＤＭ復調器１６０は、検出されたデータシンボルを受信（ＲＸ）データプロセッサ１７０に供給する。
以下に記載されるように、同期化／チャネル推定ユニット１８０は、入力サンプルを受信機ユニット１５４から受け取り、同期化を実行してフレーム及びシンボルタイミングを決定する。ユニット１８０はまた、ＯＦＤＭ復調器１６０からの受信したパイロットシンボルを用いてチャネル推定値を導く。ユニット１８０は、シンボルタイミング及びチャネル推定値をＯＦＤＭ復調器１６０に供給し、また、フレームタイミングをＲＸデータプロセッサ１７０及び／又はコントローラ１９０に供給してもよい。ＯＦＤＭ復調器１６０は、シンボルタイミングを使用して、ＯＦＤＭ復調を行い、チャネル推定値を使用して、受信したデータシンボルに検出を実行する。
ＲＸデータプロセッサ１７０は、ＯＦＤＭ復調器１６０からの、検出されたデータシンボルを処理し（例えば、シンボルデマップし（symbol demaps）、デインタリーブし、及び復号し）、復号されたデータを供給する。ＲＸデータプロセッサ１７０及び／又はコントローラ１９０は、フレームタイミングを使用して、基地局１１０から送信される異なるタイプのデータを回復し得る。一般に、ＯＦＤＭ復調器１６０及びＲＸデータプロセッサ１７０による処理は、それぞれ基地局１１０におけるＯＦＤＭ変調器１３０及びＴＸデータ及びパイロットプロセッサ１２０による処理に対して相補的である。
コントローラ１４０及び１９０は、それぞれ基地局１１０及び無線装置１５０における動作を指示する。メモリユニット１４２及び１９２は、それぞれコントローラ１４０及び１９０によって使用されるデータやプログラムコードに対する記憶装置を提供する。
基地局１１０は、単一の無線装置にポイント・ツー・ポイント送信を、複数の無線装置から成るグループにマルチキャスト送信を、そのカバレッジエリアの全ての無線装置にブロードキャスト送信を、又はこれらの任意の組合せを送信し得る。例えば、基地局１１０は、パイロット及びオーバーヘッド／制御データを、そのカバレッジエリアの全ての無線装置に同報通信（broadcast）してもよい。基地局１１０は更に、ユーザ固有のデータを特定の無線装置に送信し、データを複数の無線装置から成るグループにマルチキャストし、及び／又は、データを全ての無線装置に同報通信してもよい。
図２は、ＯＦＤＭシステム１００に用い得るスーパーフレーム構造２００を示す。データ及びパイロットは、各スーパーフレームが所定の期間を有する、複数のスーパーフレームで送信され得る。スーパーフレームはまた、フレーム、タイムスロット、又は、他の何らかの用語で称され得る。図２に示される実施形態の場合、各スーパーフレームは、第１のＴＤＭパイロット（又は、「ＴＤＭパイロット１」）のためのフィールド２１２、第２のＴＤＭパイロット（又は、「ＴＤＭパイロット２」）のためのフィールド２１４、オーバーヘッド／制御データのためのフィールド２１６、及び、トラヒック／パケットデータのためのフィールド２１８を備える。
４つのフィールド２１２乃至２１８は、任意の所与の瞬間に一つのフィールドのみが送信されるように、各スーパーフレームにおいて時分割多重される。４つのフィールドはまた、同期化及びデータ回復を容易にするために図２に示される順序で配置される。各スーパーフレームにおいて最初に送信される、フィールド２１２及び２１４のパイロットＯＦＤＭシンボルは、当該スーパーフレーム中で次に送信される、フィールド２１６のオーバーヘッドＯＦＤＭシンボルの検出に用いられてもよい。フィールド２１６から得られるオーバーヘッド情報は、フィールド２１８で送信されるトラヒック／パケットデータの回復に使用され得るが、これはスーパーフレームの最後で送信される。
一実施形態では、フィールド２１２は、ＴＤＭパイロット１のための一つのＯＦＤＭシンボルを運び、フィールド２１４もＴＤＭパイロット２のための一つのＯＦＤＭシンボルを運ぶ。一般に、各フィールドは任意の継続時間を有してよく、複数のフィールドは任意の順序で配置されてよい。ＴＤＭパイロット１及び２は、無線装置による同期化を容易にするために、各フレームにおいて周期的に同報通信される。以下に記載されるように、オーバーヘッドフィールド２１６及び／又はデータフィールド２１８はまた、データシンボルで周波数分割多重化されるパイロットシンボルを含む。
ＯＦＤＭシステムは、ＢＷメガヘルツの全体的なシステム帯域幅を有するが、これはＯＦＤＭを用いてＮ個の直交サブバンドに分割される。隣接するサブバンド間の間隔（spacing）は、ＢＷ／Ｎメガヘルツである。総計Ｎ個のサブバンドのうち、Ｍ個のサブバンドはパイロット及びデータ送信に用いられてもよく、ここでＭ＜Ｎであり、残りのＮ−Ｍ個のサブバンドは、使用されずにガード（guard）サブバンドとしての役割を果たしてもよい。一実施形態において、ＯＦＤＭシステムは、Ｎ＝総計４０９６個のサブバンド、Ｍ＝４０００個の使用可能なサブバンド、及び、Ｎ−Ｍ＝９６個のガードサブバンドを備えるＯＦＤＭ構造を使用する。一般に、任意の数の、総サブバンド、使用可能なサブバンド、及びガードサブバンドを備える任意のＯＦＤＭ構造が、ＯＦＤＭシステムに用いられ得る。
ＴＤＭパイロット１及び２は、システムにおける無線装置による同期化を容易にするように設計され得る。無線装置は、ＴＤＭパイロット１を使用して、各フレームの開始を検出し、シンボルタイミングの粗推定値を獲得し、周波数誤差を推定し得る。無線装置は、ＴＤＭパイロット２を使用して、より正確なシンボルタイミングを獲得し得る。
図３Ａは、周波数ドメインにおけるＴＤＭパイロット１の実施形態を示す。本実施形態の場合、ＴＤＭパイロット１は、Ｌ１個のサブバンドで送信されるＬ１個のパイロットシンボルを備える、すなわち、ＴＤＭパイロット１について、サブバンドごとに一個のパイロットシンボルが使用される。Ｌ１個のサブバンドは、総計Ｎ個のサブバンドに渡って一様に割当てられ（distributed）、且つ、Ｓ１個のサブバンドによって均等に隔てられているが、ここで、Ｓ１＝Ｎ／Ｌ１である。例えば、Ｎ＝４０９６、Ｌ１＝１２８、及びＳ１＝３２である。しかし、他の値も、Ｎ、Ｌ１、及びＳ１に用いられてもよい。以下に説明するように、このＴＤＭパイロット１のための構造は、（１）深刻なマルチパスチャネルを含む、種々のタイプのチャネルにおけるフレーム検出に対して良好な性能を提供し、（２）深刻なマルチパスチャネルにおける粗いシンボルタイミングと充分に正確な周波数誤差推定値（frequency error estimate）を提供し、（３）無線装置における処理を単純化することができる。
図３Ｂは、周波数ドメインにおけるＴＤＭパイロット２の一実施形態を示す。本実施形態の場合、ＴＤＭパイロット２は、Ｌ２個のサブバンドで送信されるＬ２個のパイロットシンボルを備えるが、ここでＬ２＞Ｌ１＝である。Ｌ２個のサブバンドは、総計Ｎ個のサブバンドに渡って一様に割当てられ、且つ、Ｓ２個のサブバンドによって均等に隔てられているが、ここで、Ｓ２＝Ｎ／Ｌ２である。例えば、Ｎ＝４０９６、Ｌ２＝２０４８、及びＳ２＝２である。この場合も、他の値が、Ｎ、Ｌ２、及びＳ２に用いられてもよい。このＴＤＭパイロット２のための構造は、深刻なマルチパスチャネルを含む、種々のタイプのチャネルにおける正確なシンボルタイミングを提供することができる。以下に説明するように、無線装置はまた、（１）ＴＤＭパイロット２の直後である、次のＯＦＤＭシンボルの到達に先立ってシンボルタイミングを得るために、ＴＤＭパイロット２を効率的な方法で処理し、（２）当該シンボルタイミングを当該次のＯＦＤＭシンボルに適用することができてもよい。
ＴＤＭパイロット１で、より大きな周波数誤差を訂正できるように、Ｌ１には、より小さな値が用いられる。パイロット２系列が、より長くなり、これによって無線装置がパイロット２系列から、より長いチャネルインパルス応答を得られるように、Ｌ２には、より大きな値が用いられる。ＴＤＭパイロット１のためのＬ１個のサブバンドは、Ｓ１個の同一のパイロット１系列がＴＤＭパイロット１のために生成されるように選択される。同様に、ＴＤＭパイロット２のためのＬ２個のサブバンドは、Ｓ２個の同一のパイロット２系列がＴＤＭパイロット２のために生成されるように選択される。
図４は、基地局１１０におけるＴＸデータ及びパイロットプロセッサ１２０の一実施形態のブロック図を示す。プロセッサ１２０内で、ＴＸデータプロセッサ４１０は、トラヒック／パケットデータを受信し、符号化し、インタリーブし、シンボルマップして、データシンボルを生成する。
一実施形態では、擬似乱数（ＰＮ）生成器４２０が用いられて、ＴＤＭパイロット１及びＴＤＭパイロット２の双方のためのデータが生成される。ＰＮ生成器４２０は、例えば、生成多項式ｇ（ｘ）＝ｘ１５＋ｘ１４＋１を実行する、１５タップの線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）で実現されてもよい。この場合、ＰＮ生成器４２０は、（１）直列に結合された１５個の遅延素子４２２ａ乃至４２２ｏと、（２）遅延素子４２２ｎと４２２ｏとの間に結合された加算器４２４とを備える。遅延素子４２２ｏはパイロットデータを供給するが、これはまた遅延素子４２２ａの入力及び加算器４２４の一つの入力にフィードバックされる。ＰＮ生成器４２０は、ＴＤＭパイロット１及びＴＤＭパイロット２に対して異なる初期状態で、例えば、ＴＤＭパイロット１は「０１１０１０１０１００１１１０」で、ＴＤＭパイロット２は「０１０１１０１０００１１１００」で初期化され得る。一般に、ＴＤＭパイロット１及びＴＤＭパイロット２には任意のデータが使用され得る。パイロットデータは、パイロットＯＦＤＭシンボルの平均的な振幅とピーク振幅との間の差異を減少させるように（すなわち、ＴＤＭパイロットの時間ドメインの波形におけるピーク対平均の変化（peak-to-average variation）を最小化するように）選択され得る。ＴＤＭパイロット２のパイロットデータも、データをスクランブルするのに用いられる同一のＰＮ生成器で生成されてもよい。無線装置は、ＴＤＭパイロット２に用いられるデータを知っているが、ＴＤＭパイロット１に用いられるデータを知る必要はない。
ビット対シンボルマッピングユニット４３０は、パイロットデータをＰＮ生成器４２０から受け取り、パイロットデータのビットを変調スキームに基づいてパイロットシンボルにマップする（maps）。同一の、又は異なる変調スキームがＴＤＭパイロット１及びＴＤＭパイロット２に用いられてもよい。一実施形態では、ＴＤＭパイロット１及びＴＤＭパイロット２の双方にＱＰＳＫが用いられる。この場合、マッピングユニット４３０は、パイロットデータを２ビットのバイナリ値にグループ化し、更に２ビットの値の各々を特定のパイロット変調シンボルにマップする。各パイロットシンボルは、ＱＰＳＫの信号点配置における複素数値である。ＱＰＳＫがＴＤＭパイロットに用いられる場合、マッピングユニット４３０は、ＴＤＭパイロット１のための２Ｌ１個のパイロットデータビットをＬ１個のパイロットシンボルにマップし、更にＴＤＭパイロット２のための２Ｌ２個のパイロットデータビットをＬ２個のパイロットシンボルにマップする。マルチプレクサ（Ｍｕｘ）４４０は、データシンボルをＴＸデータプロセッサ４１０から、パイロットシンボルをマッピングユニット４３０から、ＴＤＭ＿Ｃｔｒｌ信号をコントローラ１４０から受け取る。マルチプレクサ４４０は、図２に示されるように、ＴＤＭパイロット１及び２のフィールドのためのパイロットシンボルと、各フレームのオーバーヘッド及びデータフィールドのためのデータシンボルとをＯＦＤＭ変調器１３０に提供する。
図５は、基地局１１０におけるＯＦＤＭ変調器１３０の一実施形態のブロック図を示す。シンボル対サブバンドマッピングユニット５１０は、データシンボル及びパイロットシンボルをＴＸデータ及びパイロットプロセッサ１２０から受け取り、これらのシンボルをコントローラ１４０からのＳｕｂｂａｎｄ＿Ｍｕｘ＿Ｃｔｒｌ信号に基づいて適当なサブバンドにマップする。各ＯＦＤＭシンボル期間において、マッピングユニット５１０は、一つのデータシンボル又はパイロットシンボルをデータ又はパイロット送信に用いられる各サブバンドに、また、未使用のサブバンドの各々に「ゼロシンボル（これはゼロの信号値である）」を供給する。使用されていないサブバンドに指定されたパイロットシンボルは、ゼロシンボルに置き換えられる。ＯＦＤＭシンボル期間ごとに、マッピングユニット５１０は、総計Ｎ個のサブバンドのためのＮ個の「送信シンボル」を供給するが、各送信シンボルはデータシンボル、パイロットシンボル、又はゼロシンボルであってよい。離散逆フーリエ変換（ＩＤＦＴ）ユニット５２０は、ＯＦＤＭシンボル期間ごとにＮ個の送信シンボルを受け取り、Ｎ個の送信シンボルをＮ点ＩＤＦＴ（N-point IDFT）で時間ドメインに変換し、Ｎ個の時間ドメインサンプルを含む１つの「変換された」シンボルを供給する。各サンプルは、１サンプル期間に送信されるべき複素数値である。通常よくあることだが、Ｎが２の累乗である場合、Ｎ点高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）もまた、Ｎ点ＩＤＦＴの代わりに実行されてもよい。パラレル・シリアル（Ｐ／Ｓ）変換器５３０は、Ｎ個のサンプルを、変換されたシンボルごとに直列化する（serializes）。サイクリックプレフィックス生成器５４０は、変換されたシンボル各々の一部（又は、Ｃ個のサンプル）を繰り返して、Ｎ＋Ｃ個のサンプルを含むＯＦＤＭシンボルを形成する。サイクリックプレフィックスは、通信チャネルにおける長い遅延スプレッドによってもたらされるキャリア間干渉（intercarrier interference）（ＩＣＩ）やシンボル間干渉（inter-symbol interference）（ＩＳＩ）に対抗するために用いられる。遅延スプレッドは、受信機における、最も早く到達する信号インスタンスと、最も遅く到達する信号インスタンスとの間の時間差である。１ＯＦＤＭシンボル期間（又は、単純に「シンボル期間」）は、１個のＯＦＤＭシンボルの持続期間であって、Ｎ＋Ｃサンプル期間に等しい。
図６Ａは、ＴＤＭパイロット１の時間ドメインの表示を示す。ＴＤＭパイロット１のためのＯＦＤＭシンボル（又は、「パイロット１ＯＦＤＭシンボル」）は、長さＮの変換されたシンボルと、長さＣのサイクリックプレフィックスから成る。ＴＤＭパイロット１のＬ１個のパイロットシンボルは、Ｓ１個のサブバンドによって均等に隔てられたＬ１個のサブバンドで送信されるため、また、ゼロシンボルは残りのサブバンドで送信されるため、ＴＤＭパイロット１のための変換されたシンボルは、Ｓ１個の同一のパイロット１系列を含み、各パイロット１系列はＬ１個の時間ドメインのサンプルを含む。各パイロット１系列はまた、ＴＤＭパイロット１のためのＬ１個のパイロットシンボルに対してＬ１点ＩＤＦＴを行うことで生成されてもよい。ＴＤＭパイロット１のためのサイクリックプレフィックスは、変換されたシンボルの最右端のＣ個のサンプルから成り、変換されたシンボルの前に挿入される。従って、パイロット１ＯＦＤＭシンボルは、総計Ｓ１＋Ｃ／Ｌ１個のパイロット１系列を含む。例えば、Ｎ＝４０９６、Ｌ１＝１２８、Ｓ１＝３２、及びＣ＝５１２の場合、パイロット１ＯＦＤＭシンボルは、３６個のパイロット１系列を含み、各パイロット１系列は１２８個の時間ドメインのサンプルを含むであろう。
図６Ｂは、ＴＤＭパイロット２の時間ドメインの表示を示す。ＴＤＭパイロット２のためのＯＦＤＭシンボル（又は、「パイロット２ＯＦＤＭシンボル」）も、長さＮの変換されたシンボルと、長さＣのサイクリックプレフィックスから成る。ＴＤＭパイロット２のための変換されたシンボルは、Ｓ２個の同一のパイロット２系列を含み、各パイロット２系列はＬ２個の時間ドメインのサンプルを含む。ＴＤＭパイロット２のためのサイクリックプレフィックスは、変換されたシンボルの最右端のＣ個のサンプルから成り、変換されたシンボルの前に挿入される。例えば、Ｎ＝４０９６、Ｌ２＝２０４８、Ｓ２＝２、及びＣ＝５１２の場合、パイロット２ＯＦＤＭシンボルは２個の完全なパイロット２系列を含み、各パイロット２系列は２０４８個の時間ドメインのサンプルを含むであろう。ＴＤＭパイロット２のためのサイクリックプレフィックスは、パイロット２系列の一部のみを含むであろう。
図７は、無線装置１５０における同期化及びチャネル推定ユニット１８０の一実施形態のブロック図を示す。ユニット１８０内で、フレーム検出器７１０は、受信機ユニット１５４から入力サンプルを受け取り、入力サンプルを処理して各フレームの開始を検出し、フレームタイミングを供給する。シンボルタイミング検出器７２０は、入力サンプルとフレームタイミングを受け取り、入力サンプルを処理して、受信したＯＦＤＭシンボルの開始を検出し、シンボルタイミングを供給する。周波数誤差推定器７１２は、受信したＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を推定する。チャネル推定器７３０は、シンボルタイミング検出器７２０から出力を受け取り、チャネル推定を導く。ユニット１８０における検出器及び推定器は、以下に説明される。
図８は、フレーム検出器７１０の一実施形態のブロック図であり、フレーム検出器７１０は、受信機ユニット１５４からの入力サンプル中のＴＤＭパイロット１を検出することによってフレーム同期を実行する。簡単にするために、以下の説明では、通信チャネルが加法的白色ガウス雑音（additive white Gaussian noise）（ＡＷＧＮ）チャネルであると仮定する。各サンプル期間の入力サンプルは、
ｒｎ＝ｘｎ＋ｗｎ 方程式（１）
として表されてもよく、ここで、ｎは、サンプル期間のインデックスであり、
ｘｎは、サンプル期間ｎに基地局によって送信される時間ドメインのサンプルであり、
ｒｎは、サンプル期間ｎに無線装置によって得られる入力サンプルであり、
ｗｎは、サンプル期間ｎの雑音である。
図８に示される実施形態の場合、フレーム検出器７１０は、フレーム検出のためにパイロット１ＯＦＤＭシンボルの周期的な性質を利用する遅延相関器によって実現される。一実施形態において、フレーム検出器７１０は、フレーム検出のために以下の検出メトリック（detection metric）を用いる。
Figure 2007514331
ここで、Ｓｎは、サンプル期間ｎの検出メトリックであり、
”＊”は、複素共役であり、
｜ｘ｜２は、ｘの平方大きさ（squared magnitude）を意味する。
方程式（２）は、２つの連続するパイロット１系列における２つの入力サンプルｒｉとｒｉ−Ｌ１との間の遅延相関、すなわち、ｃｉ＝ｒｉ−Ｌ１・ｒｉ ＊を計算する。この遅延相関は、チャネル利得推定を必要とせずに通信チャネルの影響を除去し、更に、通信チャネルを介して受信されるエネルギーをコヒーレントに結合する。方程式（２）は、１つのパイロット１系列のＬ１個のサンプル全てについての相関結果を累積して、累積された相関結果Ｃｎを得るが、これは複素数値である。方程式（２）は、サンプル期間ｎの決定メトリックＳｎをＣｎの平方大きさとして導く。遅延相関に用いられる２つの系列が一致する場合、決定メトリックＳｎは、１個の長さＬ１の受信したパイロット１系列のエネルギーを示す。
フレーム検出器７１０内で、（長さＬ１の）シフトレジスタ８１２は、入力サンプル{ｒｎ}を受け取り、記憶し、及びシフトし、Ｌ１サンプル期間だけ遅延された入力サンプル{ｒｎ−Ｌ１}を供給する。シフトレジスタ８１２の代わりにサンプルバッファが用いられてもよい。ユニット８１６も、入力サンプルを受け取り、入力サンプルの複素共役{ｒｎ ＊}を供給する。サンプル期間ｎごとに、乗算器８１４は、シフトレジスタ８１２からの遅延された入力サンプルｒｎ−Ｌ１に、ユニット８１６からの入力サンプルの複素共役ｒｎ ＊を乗じて、（長さＬ１の）シフトレジスタ８２２と加算器８２４に相関結果ｃｎを供給する。小文字のｃｎは、１つの入力サンプルの相関結果を意味し、大文字のＣｎは、Ｌ１個の入力サンプルの累積された相関結果を意味する。シフトレジスタ８２２は、乗算器８１４からの相関結果を受け取り、記憶し、及び遅延し、Ｌ１サンプル期間だけ遅延された相関結果{ｃｎ−Ｌ１}を供給する。サンプル期間ｎごとに、加算器８２４は、レジスタ８２６の出力Ｃｎ−１を受け取り、乗算器８１４からの結果ｃｎと合計し、更に、シフトレジスタ８２２からの遅延された結果ｃｎ−Ｌ１を引いて、その出力Ｃｎをレジスタ８２６に供給する。加算器８２４とレジスタ８２６は、方程式（２）の合計演算を実行する累算器を形成する。シフトレジスタ８２２と加算器８２４はまた、Ｌ１個の最新の相関結果ｃｎ乃至ｃｎ−Ｌ１＋１の連続加算又はスライディング加算（a running or sliding summation）を行うように構成される。これは、乗算器８１４からの最新の相関結果ｃｎを加算し、シフトレジスタ８２２によって供給される、Ｌ１サンプル期間前の、相関結果ｃｎ−Ｌ１を引くことで達成される。
ユニット８３２は、加算器８２４からの累積された出力Ｃｎの平方大きさを計算し、検出メトリックＳｎを供給する。
ポストプロセッサ８３４は、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの存在、従って、スーパーフレームの開始を、検出メトリックＳｎと閾値Ｓｔｈに基づいて検出するが、これは固定された値、又はプログラム可能な値であってよい。フレーム検出は、種々の基準に基づき得る。例えば、検出メトリックＳｎが、（１）閾値Ｓｔｈを超える場合、（２）パイロット１ＯＦＤＭシンボル期間の少なくとも所定の割合の間、閾値Ｓｔｈを上回る場合、及び（３）その後、所定の期間（１パイロット系列）、閾値Ｓｔｈを下回る場合、ポストプロセッサ８３４は、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの存在を宣言してもよい。ポストプロセッサ８３４は、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの終わり（ＴＣと表示される）を、検出メトリックＳｎの波形の後縁に先立つ、所定の数のサンプル期間として示してもよい。ポストプロセッサ８３４はまた、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの終わりに、フレームタイミング信号を（例えば、ロジックハイに）設定してもよい。時間ＴＣは、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理のために粗いシンボルタイミングとして用いられ得る。
周波数誤差推定器７１２は、受信したパイロット１ＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を推定する。この周波数誤差は、例えば、基地局及び無線装置における発振器の周波数の差異、ドップラー偏移などといった種々のソースに起因し得る。周波数誤差推定器７１２は、以下の様に（最後のパイロット１系列を除く）パイロット１系列ごとに周波数誤差推定値を生成してもよい。
Figure 2007514331
ここで、ｒｌ，ｉは、第ｌ番目のパイロット１系列の第ｉ番目の入力サンプルであり、
Ａｒｇ（ｘ）は、ｘの想像上のコンポーネントの、ｘの実際のコンポーネントに対する割合の逆正接、すなわち、Ａｒｇ（ｘ）＝ａｒｃｔａｎ[Ｉｍ（ｘ）／Ｒｅ（ｘ）]であり、
ＧＤは、検出器利得であって、これは
Figure 2007514331
であり、
ΔＦｌは、第ｌ番目のパイロット１系列の周波数誤差推定値である。
検出可能な周波数誤差値の範囲は、
Figure 2007514331
として与えられ得るが、ここでｆｓａｍｐは入力サンプルレートである。方程式（４）は、検出される周波数誤差の範囲が、パイロット１系列の長さに依存し、且つ、反比例することを示す。累積された相関結果は加算器８２４からも利用可能であるので、周波数誤差推定器７１２はまた、ポストプロセッサ８３４内に実現されてもよい。
周波数誤差推定値は、種々の方法で用いられ得る。例えば、パイロット１系列ごとの周波数誤差推定値を、無線装置において任意の検出された周波数誤差を訂正することを試みる周波数トラッキングループを更新するのに用いられてもよい。周波数トラッキングループは、無線装置における周波数ダウンコンバージョンに用いられるキャリア信号の周波数を調整することができる位相ロックループ（ＰＬＬ）であってよい。周波数誤差推定値はまた、パイロット１ＯＦＤＭシンボルについて単独の周波数誤差推定値Δｆを得るために、平均されてもよい。このΔｆは、ＯＦＤＭ変調器１６０内でのＮ点ＤＦＴ（N-point DFT）に先立って、又は、ＯＦＤＭ変調器１６０内でのＮ点ＤＦＴ後に、周波数誤差訂正に用いられ得る。ＤＦＴ後の周波数誤差訂正の場合、これはサブバンド間隔の整数の倍数である周波数オフセットΔｆを訂正するのに用いられ得るが、Ｎ点ＤＦＴからの受信されたシンボルは、Δｆサブバンドによって換算され（translated）、適用できるサブバンドｋごとの周波数訂正されたシンボル
Figure 2007514331
は、
Figure 2007514331
として獲得され得る。ＤＦＴ前の周波数誤差訂正の場合、入力サンプルは周波数誤差推定値Δｆによって相回転され（phase-rotated）、ＮポイントＤＦＴは、相回転されたサンプルに対して実行され得る。
フレーム検出及び周波数誤差推定はまた、パイロット１ＯＦＤＭシンボルに基づいて他の方法で実行されてもよく、これは本発明の範囲内である。例えば、フレーム検出は、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの入力サンプルと、基地局で生成される実際のパイロット系列との間の直接相関（direct correlation）を実行することによって達成され得る。直接相関は、強い信号インスタンス（又はマルチパス）ごとの高い相関結果を提供する。所与の基地局について２以上のマルチパス又はピークが獲得され得るので、無線装置は、検出された複数のピークに対して後処理を行ってタイミング情報を得るであろう。フレーム検出は、遅延相関と直接相関との結合によっても達成され得る。
図９は、シンボルタイミング検出器７２０の一実施形態のブロック図であるが、シンボルタイミング検出器７２０は、パイロット２ＯＦＤＭシンボルに基づいてタイミング同期化を実行する。シンボルタイミング検出器７２０内では、サンプルバッファ９１２は、受信機ユニット１５４から入力サンプルを受け取り、パイロット２ＯＦＤＭシンボルのＬ２個の入力サンプルの「サンプル」ウィンドウを記憶する。サンプルウィンドウの開始は、フレーム検出器７１０からのフレームタイミングに基づいて、ユニット９１０によって決定される。
図１０Ａは、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理のタイミング図を示す。フレーム検出器７１０は、粗いシンボルタイミング（ＴＣとして示される）をパイロット１ＯＦＤＭシンボルに基づいて供給する。パイロット２ＯＦＤＭシンボルは、長さＬ２のＳ２個の同一のパイロット２系列（例えば、Ｎ＝４０９６及びＬ２＝２０４８の場合、長さ２０４８の２個のパイロット２系列）を含む。Ｌ２個の入力サンプルのウィンドウは、サンプルバッファ９１２によって、サンプル期間ＴＷで始まるパイロット２ＯＦＤＭシンボルについて集められる（collected）。サンプルウィンドウの開始は、粗いシンボルタイミングから初期オフセットＯＳｉｎｉｔだけ遅延される、すなわち、ＴＷ＝ＴＣ＋ＯＳｉｎｉｔである。初期オフセットは、正確である必要は無く、１個の完全なパイロット２系列がサンプルバッファ９１２に集められることを確実にするために選択される。初期オフセットはまた、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理が、次のＯＦＤＭシンボルの到達前に完了し、パイロット２ＯＦＤＭシンボルから得られるシンボルタイミングが当該次のＯＦＤＭシンボルに適用され得るように、選択されてもよい。
図９を再び参照すると、ＤＦＴユニット９１４は、Ｌ２点ＤＦＴを、サンプルバッファ９１２によって集められたＬ２個の入力サンプルに行い、受信したＬ２個のパイロットシンボルについてのＬ２個の周波数ドメインの値を供給する。サンプルウィンドウの開始が、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの開始と合っていない場合（すなわち、ＴＷ≠ＴＳ）、チャネルインパルス応答は循環的に（circularly）シフトされるが、これはチャネルインパルス応答の前部が後部にラップアラウンド（wraps around）することを意味する。パイロット復調ユニット９１６は、パイロットサブバンドｋごとの受信されたパイロットシンボルＲｋに、当該サブバンドの既知のパイロットシンボルＰｋ ＊の複素共役を乗じる、すなわち、Ｒｋ・Ｐｋ ＊によって、受信されたＬ２個のパイロットシンボルへの変調を除去する。ユニット９１６はまた、未使用のサブバンドについての受信されたパイロットシンボルをゼロシンボルに設定する。ＩＤＦＴユニット９１８は、Ｌ２点ＩＤＦＴをＬ２個のパイロット復調されたシンボルに対して行い、Ｌ２個の時間ドメインの値を供給するが、これは基地局１１０と無線装置１５０との間の通信チャネルのインパルス応答のＬ２個のタップ（taps）である。
図１０Ｂは、ＩＤＦＴユニット９１８からのＬ２タップチャネルインパルス応答を示す。Ｌ２個のタップの各々は、当該タップ遅延における複素チャネル利得と関連付けられている。チャネルインパルス応答は、周期的に（cyclically）シフトされるが、これはチャネルインパルス応答の後部がラップアラウンドし、ＩＤＦＴユニット９１８からの出力の早期の部分に現れ得ることを意味する。
図９を再び参照すると、シンボルタイミングサーチャ９２０は、チャネルインパルス応答のエネルギーのピークを探すことでシンボルタイミングを決定し得る。ピーク検出は、図１０Ｂに示されるように、「検出」ウィンドウをチャネルインパルス応答を横切ってスライドさせることで達成され得る。検出ウィンドウサイズは、以下に説明されるように決定されてもよい。ウィンドウ開始位置の各々において、検出ウィンドウ内におさまる全てのタップのエネルギーが計算される。
図Ｃは、異なるウィンドウ開始位置におけるチャネルタップのエネルギーのプロットを示す。検出ウィンドウは、検出ウィンドウの右縁がインデックスＬ２で最後のタップに到達したときに、当該ウィンドウがインデックス１で最初のタップにラップアラウンドするように、右に循環的にシフトされる。従って、エネルギーは、ウィンドウ開始位置ごとに同じ数のチャネルタップについて集められる。
検出ウィンドウサイズＬＷは、システムの期待される遅延スプレッドに基づいて選択されてもよい。無線装置における遅延スプレッドは、当該無線装置において最も早く到達する信号コンポーネントと最も遅く到達する信号コンポーネントとの時間差である。システムの遅延スプレッドは、システム中の全ての無線装置のうちで最大の遅延スプレッドである。検出ウィンドウサイズが、システムの遅延スプレッド以上である場合、検出ウィンドウは、適切に位置合わせされているとき、チャネルインパルス応答のエネルギーの全てを捕捉するであろう。検出ウィンドウサイズＬＷはまた、チャネルインパルス応答の始まりの検出における曖昧さを避けるために、Ｌ２の半分よりも大きくならない（すなわち、
Figure 2007514331
）ように選択されてもよい。チャネルインパルス応答の始まりは、（１）Ｌ２個のウィンドウ開始位置全てのうちのピークエネルギーを決定し、（２）複数のウィンドウ開始位置が同一のピークエネルギーを有する場合は、ピークエネルギーを有する最右端のウィンドウ開始位置を識別することよって検出され得る。異なるウィンドウ開始位置のエネルギーはまた、雑音のあるチャネルのチャネルインパルス応答の始まりの、より正確な推定値を得るために平均化又はフィルタされてもよい。何れの場合でも、チャネルインパルス応答の始まりは、ＴＢとして表され、サンプルウィンドウの開始とチャネルインパルス応答の始まりとの間のオフセットは、ＴＯＳ＝ＴＢ−ＴＷである。一旦、チャネルインパルス応答の始まりＴＢが決定されると、緻密な（fine）シンボルタイミングは一意に計算され得る。
図１０Ａを参照するに、緻密なシンボルタイミングは、受信されるＯＦＤＭシンボルの開始を示す。緻密なシンボルタイミングＴＳは、続いて受信されるＯＦＤＭシンボルごとに、正確に且つ適切に「ＤＦＴ」ウィンドウを配置するのに用いられ得る。ＤＦＴウィンドウは、受信されるＯＦＤＭシンボルごとに（Ｎ＋Ｃ個の入力サンプルのうちから）集めるべき特定のＮ個の入力サンプルを示す。ＤＦＴウィンドウ内のＮ個の入力サンプルは、Ｎ点ＤＦＴによって変換されて、受信されるＯＦＤＭシンボルについての、Ｎ個の受信されるデータ／パイロットシンボルが得られる。（１）先立つ、又は次のＯＦＤＭシンボルからのシンボル間干渉（ＩＳＩ）、（２）チャネル推定値の劣化（例えば、不適切なウィンドウ配置は、結果として誤ったチャネル推定値になり得る）、（３）サイクリックプレフィックスに依存する処理（例えば、周波数トラッキングループ、自動利得制御（ＡＧＣ）など）における誤り、及び（４）他の悪影響を回避するために、受信されるＯＦＤＭシンボルごとにＤＦＴウィンドウの正確な配置が必要とされる。
パイロット２ＯＦＤＭシンボルはまた、より正確な周波数誤差推定値を得るのに用いられ得る。例えば、周波数誤差は、パイロット２系列を用い、方程式（３）に基づいて推定されてもよい。この場合、パイロット２系列の（Ｌ２個のサンプルの代わりに）Ｌ２個のサンプル全体に渡って加算がなされる。
ＩＤＦＴユニット９１８からのチャネルインパルス応答はまた、基地局１１０と無線装置１５０との間の通信チャネルについての周波数応答推定値を導くのに用いられてもよい。ユニット９２２は、Ｌ２タップチャネルインパルス応答を受け取り、チャネルインパルス応答の始まりがインデックス１になるように、チャネルインパルス応答を循環的にシフトし、循環的にシフトされたチャネルインパルス応答の後に適当な数のゼロを挿入し、Ｎタップチャネルインパルス応答を供給する。ＤＦＴユニット９２４は、Ｎ点ＤＦＴをＮタップチャネルインパルス応答に行い、周波数応答推定値を供給するが、これは総計Ｎ個のサブバンドについてのＮ個の複素チャネル利得から成る。ＯＦＤＭ復調器１６０は、周波数応答推定値を、その後のＯＦＤＭシンボル中の受信されたデータシンボルの検出に用い得る。チャネル推定はまた、他の何らかの方法で導かれてもよい。
図１１は、ＴＤＭパイロットとＦＤＭパイロットとの組合せと共にパイロット送信スキームを示す。基地局１１０は、ＴＤＭパイロット１及び２を各スーパーフレームで送信して、無線装置による初期捕捉（initial acquisition）を容易にし得る。ＴＤＭパイロットのオーバーヘッドは、２個のＯＦＤＭシンボルであるが、これはスーパーフレームの大きさと比較すると小さくてもよい。基地局はまた、各スーパーフレームの残りのＯＦＤＭシンボルの全部、ほとんど、又は一部でＦＤＭパイロットを送信してもよい。図１１に示される実施形態の場合、パイロットシンボルが、偶数番号のシンボル期間には一組のサブバンドで、奇数番号のシンボル期間には別の組のサブバンドで送信されるように、ＦＤＭパイロットは、サブバンドの交互の組で送信される。各組は、チャネル推定、並びに、おそらくは無線装置による周波数トラッキング及び時間トラッキングをサポートするために充分な数（Ｌｆｄｍ個）ののサブバンドを含む。各組のサブバンドは、総計Ｎ個のサブバンドに渡って一様に割当てられ、Ｓｆｄｍ＝Ｎ／Ｌｆｄｍ個のサブバンドによって均等に隔てられてもよい。更に、一方の組のサブバンドは、他方の組のサブバンドに対して、２つの組のサブバンドが互いにインタレースされるように、互い違いに配列される（staggered）、又は、オフセットされてもよい。例として、Ｎ＝４０９６、Ｌｆｄｍ＝５１２、Ｓｆｄｍ＝８、そして２つの組のサブバンドは４つのサブバンドによって互い違いに配列され得る。一般に、任意の数のサブバンドの組をＦＤＭパイロットに用いてよく、各組は任意の数のサブバンドと、総計Ｎ個のサブバンドのうちの任意の一つを含み得る。
無線装置は、ＴＤＭパイロット１及び２を初期同期、例えば、（その後のＯＦＤＭシンボルに対するＤＦＴウィンドウの適切な配置のための）緻密なシンボルタイミング捕捉、周波数オフセット推定、及びフレーム同期化に用い得る。無線装置は、例えば、初めて基地局にアクセスするとき、データを初めて又は長期間の無活動の後に受信又は要求するとき、最初に電源が入れられるときなどに、初期同期を実行してもよい。
無線装置は、上述したように、パイロット１系列の遅延相関を実行して、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの存在を、従ってスーパーフレームの開始を検出し得る。その後、無線装置は、パイロット１系列を使用して、パイロット１ＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を推定し、この周波数誤差をパイロット２ＯＦＤＭシンボルを受け取る前に訂正し得る。パイロット１ＯＦＤＭシンボルは、データＯＦＤＭシンボルのサイクリックプレフィックス構造を用いる従来の方法に比べて、より大きな周波数誤差の推定、及び、次の（パイロット２の）ＯＦＤＭシンボルに対する、ＤＦＴウィンドウのより信頼性のある配置を可能にする。従って、パイロット１ＯＦＤＭシンボルは、大きなマルチパス遅延スプレッドを有する地上の無線チャネルに対して改善された性能を提供することができる。
無線装置は、その後に受信されるＯＦＤＭシンボルに対してＤＦＴウィンドウをより正確に配置するために、緻密なシンボルタイミングを得るべく、パイロット２ＯＦＤＭシンボルを用いてもよい。無線装置はまた、チャネル推定及び周波数誤差推定にパイロット２ＯＦＤＭシンボルを用い得る。パイロット２ＯＦＤＭシンボルは、緻密なシンボルタイミングの速く且つ正確な決定、及びＤＦＴウィンドウの適切な配置を可能にする。
無線装置は、ＦＤＭパイロットをチャネル推定、時間トラッキング、及び、おそらくは周波数トラッキングに用い得る。無線装置は、上述したように、初期のチャネル推定値をパイロット２ＯＦＤＭシンボルに基づいて獲得してもよい。無線装置は、特に、図１１に示されるように、ＦＤＭパイロットがスーパーフレームで送信される場合、ＦＤＭパイロットを用いて、より正確なチャネル推定値を獲得し得る。無線装置はまた、ＦＤＭパイロットを用いて、受信されたＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を訂正できる周波数トラッキングループを更新し得る。無線装置は更に、ＦＤＭパイロットを用いて、（例えば、通信チャネルのチャネルインパルス応答における変化に起因する）入力サンプルのタイミングドリフトを説明できる時間トラッキングループを更新してもよい。
本明細書に記載される同期化技術は、種々の手段によって実現され得る。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せによって実現され得る。ハードウェア実装の場合、同期化をサポートするための基地局の処理ユニット（例えば、ＴＸデータ及びパイロットプロセッサ１２０）は、１又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書に記載される機能を実行するように設計された他の電子ユニット、又はこれらの組合せ内で実現されてもよい。同期化を実行するために用いられる、無線装置の処理ユニット（例えば、同期化及びチャネル推定ユニット１８０）も、１又は複数のＡＳＩＣ、ＤＳＰなどにおいて実現されてもよい。
ソフトウェア実装の場合、同期化技術は、本明細書に記載される機能を実現するモジュール（例えば、プロシージャ、関数など）で実現され得る。ソフトウェアコードは、メモリユニット（例えば、図１のメモリユニット１９２）に記憶され、プロセッサ（例えば、コントローラ１９０）によって実行されてもよい。メモリユニットは、プロセッサ内で、又はプロセッサの外部で実現され得る。
開示された実施形態の先の説明は、如何なる当業者も本発明を製造又は使用することを可能にすべく提供されている。これらの実施形態に対する種々の変形は、当業者には容易に明白となるであろうし、本明細書に定義される一般的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。従って、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されたものではなく、本明細書に開示される原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広範な範囲に一致すべきものである。
図１は、ＯＦＤＭシステムにおける基地局と無線装置を示す。 図２は、ＯＦＤＭシステムのためのスーパーフレーム構造を示す。 図３Ａは、ＴＤＭパイロット１の周波数ドメインの表示を示す。 図３Ｂは、ＴＤＭパイロット２の周波数ドメインの表示を示す。 図４は、送信（ＴＸ）データ及びパイロットプロセッサを示す。 図５は、ＯＦＤＭ変調器を示す。 図６Ａは、ＴＤＭパイロット１の時間ドメインの表示を示す。 図６Ｂは、ＴＤＭパイロット２の時間ドメインの表示を示す。 図７は、同期化及びチャネル推定ユニットを示す。 図８は、フレーム検出器を示す。 図９は、シンボルタイミング検出器を示す 図１０Ａは、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理を示す。 図１０Ｂは、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理を示す。 図１０Ｃは、パイロット２ＯＦＤＭシンボルの処理を示す。 図１１は、ＴＤＭパイロットとＦＤＭパイロットを用いるパイロット送信の仕組みを示す。

Claims (43)

  1. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を利用する無線ブロードキャストシステムにおいてパイロットを送信する方法であって、
    第１のパイロットを複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に送信し、前記第１の組は前記システムにおける総計Ｎ個の周波数サブバンドの一部を備え、ここでＮは１よりも大きい整数であり、
    第２のパイロットを複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に送信し、前記第２の組は前記第１の組よりも多くのサブバンドを備え、前記第１及び第２のパイロットは、前記システム内の受信機による同期化に用いられる、方法。
  2. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項１記載の方法。
  3. 前記第１のパイロットは、各フレームの始めの部分で送信され、前記第２のパイロットは、当該フレーム中で次に送信される、請求項２記載の方法。
  4. 前記第１のパイロットは、各フレームの開始を検出するのに用いられ、前記第２のパイロットは、受信されるＯＦＤＭシンボルの開始を示すシンボルタイミングを決定するために用いられる、請求項２記載の方法。
  5. 前記第１のパイロットは、１個のＯＦＤＭシンボルで送信される、請求項１記載の方法。
  6. 前記第１の組は、Ｎ／２Ｍ個の周波数サブバンドを備え、ここでＭは１よりも大きい整数である、請求項１記載の方法。
  7. 前記第２のパイロットは、１個のＯＦＤＭシンボルで送信される、請求項１記載の方法。
  8. 前記第２の組は、Ｎ／２Ｋ個の周波数サブバンドを備え、Ｋは１よりも大きい整数である、請求項１記載の方法。
  9. 前記第２の組は、Ｎ／２個の周波数サブバンドを備える、請求項１記載の方法。
  10. 前記第１及び第２の組の各々の前記周波数サブバンドは、前記総計Ｎ個のサブバンドに渡って一様に割当てられる、請求項１記載の方法。
  11. 前記第１のパイロットは更に、前記受信機による周波数誤差推定に用いられる、請求項１記載の方法。
  12. 前記第２のパイロットは更に、前記受信機によるチャネル推定に用いられる、請求項１記載の方法。
  13. 第３のパイロットを複数の周波数サブバンドの第３の組で周波数分割多重（ＦＤＭ）の方法で前記データと共に送信し、前記第１及び第２のパイロットは、フレームタイミング及びシンボルタイミングを得るために前記受信機によって用いられ、前記第３のパイロットは、前記受信機によって周波数トラッキング及び時間トラッキングのために用いられる、
    ことを更に備える、請求項１記載の方法。
  14. 前記第３のパイロットは更に、チャネル推定に用いられる、請求項１３記載の方法。
  15. 前記第１及び第２のパイロットを擬似乱数（ＰＮ）生成器で生成する
    ことを更に備える、請求項１記載の方法。
  16. 前記ＰＮ生成器を前記第１のパイロットのために第１の初期状態に初期化し、
    前記ＰＮ生成器を前記第２のパイロットのために第２の初期状態に初期化する
    ことを更に備える、請求項１５記載の方法。
  17. 前記ＰＮ生成器はまた、送信に先立ってデータをスクランブルするのに用いられる、請求項１５記載の方法。
  18. 前記第１のパイロット、前記第２のパイロット、又は、前記第１及び第２のパイロットの各々を、当該パイロットの時間ドメインの波形におけるピーク対平均の変化を減少させるために選択されるデータを用いて生成する
    ことを更に備える、請求項１記載の方法。
  19. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおける装置であって、
    第１のパイロットを複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に供給し、第２のパイロットを複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に供給するように作用する変調器であって、前記第１の組は、前記システムにおける総計Ｎ個のサブバンドの一部を備え、ここでＮは１よりも大きい整数であり、前記第２の組は、前記第１の組よりも多くのサブバンドを備える変調器と、
    前記第１及び第２のパイロットを送信するように作用する送信機ユニットであって、前記第１及び第２のパイロットは、前記システム内の受信機による同期化に用いられる送信機ユニットと
    を備える、装置
  20. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項１９記載の方法。
  21. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおける装置であって、
    第１のパイロットを複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に送信する手段であって、前記第１の組は、前記システムにおける総計Ｎ個の周波数サブバンドの一部を備え、ここでＮは１よりも大きい整数である手段と、
    第２のパイロットを複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に送信する手段であって、前記第２の組は、前記第１の組よりも多くのサブバンドを備え、前記第１及び第２のパイロットは、前記システム内の受信機による同期化に用いられる手段と
    を備える、装置。
  22. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項２１記載の方法。
  23. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて同期化を実行する方法であって、
    所定の期間の各フレームの開始を検出するために、通信チャネルを介して受信される第１のパイロットを処理し、前記第１のパイロットは複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に送信され、前記第１の組は、前記システムにおける総計Ｎ個の周波数サブバンドの一部を備え、ここでＮは１よりも大きい整数であり、
    受信されるＯＦＤＭシンボルの開始を示すシンボルタイミングを得るために、前記通信チャネルを介して受信される第２のパイロットを処理し、前記第２のパイロットは複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に送信され、前記第２の組は前記第１の組より多くのサブバンドを備える、
    ことを備える、方法。
  24. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項２３記載の方法。
  25. 前記第１のパイロットを処理することは、
    前記第１のパイロットについて受信される複数のサンプル系列におけるサンプル間の遅延相関に基づいて、検出メトリックを導き、
    前記検出メトリックに基づいて各フレームの開始を検出する
    ことを備える、請求項２３記載の方法。
  26. 各フレームの開始は更に、メトリック閾値に基づいて検出される、請求項２５記載の方法。
  27. 前記第１のパイロットの期間の所定の期間に、前記検出メトリックが前記メトリック閾値を超える場合、フレームの開始が検出される、請求項２６記載の方法。
  28. 前記第１のパイロットの期間の一部の期間に前記検出メトリックが前記メトリック閾値を超え、その後の所定の期間に前記メトリック閾値を下回ったままである場合、フレームの開始が検出される、請求項２６記載の方法。
  29. 前記第１のパイロットを処理することは、
    前記第１のパイロットについて受信されるサンプル間の直接相関と、前記第１のパイロットについての期待値に基づいて検出メトリックを導き、
    前記検出メトリックに基づいて各フレームの開始を検出する
    ことを備える、請求項２３記載の方法。
  30. 第２のパイロットの前記処理は、
    前記受信された第２のパイロットに基づいて、チャネルインパルス応答推定値を獲得し、
    前記チャネルインパルス応答推定値の開始を決定し、
    前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始に基づいて前記シンボルタイミングを導く
    ことを備える、請求項２３記載の方法。
  31. 前記チャネルインパルス応答推定値は、Ｌ個のチャネルタップを備え、ここでＬは１よりも大きい整数であり、前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始は、前記Ｌ個のチャネルタップに基づいて決定される、請求項３０記載の方法。
  32. 前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始を決定することは、
    複数のウィンドウ位置の各々について、ウィンドウ内に収まるチャネルタップのエネルギーを決定し、
    前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始を、前記複数のウィンドウ位置のうちで最も高いエネルギーを有するウィンドウ位置に設定する
    ことを備える、請求項３１記載の方法。
  33. 複数のウィンドウ位置が前記最も高いエネルギーを有する場合、前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始は、前記最も高いエネルギーを有する最右端のウィンドウ位置に設定される、請求項３２記載の方法。
  34. 前記第１のパイロットについての受信されたＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を推定するために、前記第１のパイロットを処理する
    ことを更に備える、請求項２３記載の方法。
  35. 前記第２のパイロットについての受信されたＯＦＤＭシンボルの周波数誤差を推定するために、前記第２のパイロットを処理する
    ことを更に備える、請求項２３記載の方法。
  36. 前記通信チャネルのチャネル推定値を得るために、前記第２のパイロットを処理する
    ことを更に備える、請求項２３記載の方法。
  37. 周波数トラッキング及び時間トラッキングのために、前記通信チャネルを介して受信される第３のパイロットを処理することを更に備え、前記第３のパイロットは複数の周波数サブバンドの第３の組で周波数分割多重（ＦＤＭ）の方法で前記データと共に送信される、
    請求項２３記載の方法。
  38. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおける装置であって、
    所定の期間の各フレームの開始を検出するために、通信チャネルを介して受信される第１のパイロットを処理するように作用するフレーム検出器であって、前記第１のパイロットは複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に送信され、前記第１の組は、前記システムにおける総計Ｎ個の周波数サブバンドの一部を備え、ここでＮは１よりも大きい整数であるフレーム検出器と、
    受信されるＯＦＤＭシンボルの開始を示すシンボルタイミングを得るために、前記通信チャネルを介して受信される第２のパイロットを処理するように作用するシンボルタイミング検出器であって、前記第２のパイロットは複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に送信され、前記第２の組は前記第１の組よりも多くのサブバンドを備えるシンボルタイミング検出器と
    を備える、装置。
  39. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項３８記載の装置。
  40. 前記フレーム検出器は、前記第１のパイロットについて受信される複数のサンプル系列のサンプル間の相関に基づいて検出メトリックを導き、前記検出メトリックに基づいて各フレームの開始を検出するように作用する、請求項３８記載の装置。
  41. 前記シンボルタイミング検出器は、前記受信される第２のパイロットに基づいてチャネルインパルス応答推定値を獲得し、前記チャネルインパルス応答推定値の開始を決定し、前記チャネルインパルス応答推定値の前記開始に基づいて前記シンボルタイミングを導くように作用する、請求項３８記載の装置。
  42. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおける装置であって、
    所定の期間の各フレームの開始を検出するために、通信チャネルを介して受信される第１のパイロットを処理する手段であって、前記第１のパイロットは複数の周波数サブバンドの第１の組で時分割多重（ＴＤＭ）の方法でデータと共に送信され、前記第１の組は、前記システムのＮ個の総周波数サブバンドの一部を備え、Ｎは１よりも大きい整数である手段と、
    受信されるＯＦＤＭシンボルの開始を示すシンボルタイミングを得るために、前記通信チャネルを介して受信される第２のパイロットを処理する手段であって、前記第２のパイロットは複数の周波数サブバンドの第２の組でＴＤＭの方法で前記データと共に送信され、前記第２の組は前記第１の組よりも多くのサブバンドを備える手段と
    を備える、装置
  43. 前記第１及び第２のパイロットは、所定の期間の各フレームで周期的に送信される、請求項４２記載の方法。
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