JP2008079217A

JP2008079217A - Ｏｆｄｍ通信装置

Info

Publication number: JP2008079217A
Application number: JP2006258844A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Sanada; 幸俊眞田
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】簡易な構成で、通信帯域が現在他の通信に使われているかを検出することができるＯＦＤＭ通信装置を提供すること。
【解決手段】分数間隔サンプリング手法によって、８シンボルの内の前の４シンボルについて各シンボル対して２サンプリングを抽出しｒ(０)〜ｒ(７)として、これを、８シンボルに対応する３段バタフライ演算を行う復調のためのＦＦＴ回路に入力し、途中の第２段目のバタフライ演算の出力からＦ'(０)、Ｆ'(２)、Ｆ'(４)、Ｆ'(６)の検出信号を出力する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信装置に係わり、特に簡易な構成で、通信帯域が現在他の通信に使われているかを検出することができるＯＦＤＭ通信装置に関する。

２００６年８月の総務省省令改正により日本でウルトラワイドバンドシステム（ＵＷＢ）と呼ばれる無線通信システムの使用が可能になった。ＵＷＢは５００ＭＨｚ以上の広帯域の信号を用いて５００Ｍｂｐｓの超高速通信を可能にする。しかしながら、ＵＷＢが認可された３．４−４．８ＧＨｚの周波数帯は第４世代移動通信システムなどへの割当が予定されており、ＵＷＢシステム側には干渉軽減技術の搭載が義務付けられた。干渉軽減技術とは他の無線システムの信号を検出し、干渉を回避する技術である。

従来の信号検出方法は、受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）したあと２乗回路に通し、特定の周波数出力において閾値判定を行うものである。特にＯＦＤＭ受信機においてはＯＦＤＭ信号復調のためにＦＦＴ回路を受信側で用意している。これを用いて他の無線システムの信号を各周波数成分に分解し、各周波数スロットで信号を２乗し、閾値と比較することによって信号検出を行う（例えば、非特許文献１参照）。
山口博久，「［招待講演］ＵＷＢにおける干渉検出・回避（ＤＡＡ）技術−周波数有効利用技術の確立のための課題−」，電子情報通信学会技術研究報告，２００６年２月２３日，第１０５巻，第６２１号，ｐ.１１−１８

この信号検出技術の問題点は、他の無線システムの信号の電力がマルチパスフェージングにより低下した場合に検出が難しくなることである。マルチパスフェージングとは移動体通信路において、複数の経路を経由した無線信号が受信アンテナで合成され、お互いにキャンセルすることにより受信信号電力が低下する現象を言う。たとえば信号電力対雑音電力の比（ＳＮ比）が＋３ｄＢであれば１４シンボル受信すれば９９％の確率で検出可能である。しかしＳＮ比＝−１０ｄＢであれば４８００シンボル必要である。信号検出にかかる時間が長くなれば、ＵＷＢ通信の実効的な効率が低下してしまう。

図２は、分数間隔サンプリング技術を説明する図である。フェージングの影響を抑える技術として分数間隔サンプリング技術がある。図２に示すように通常のＧ倍のスピードでサンプリングし、並列に処理した後に合成する方法が知られている。１つのシンボル幅において、ある時期はフェージングによって信号がキャンセルされても、他の時期はフェージングの影響を受けずに信号がキャンセルされない可能性があることを利用している。これは１種の時間ダイバーシティということができる。この方法を用いるとマルチパスフェージングがある環境下においても、お互いの信号をキャンセルすることなく分離することができる。これによりフェージング環境下において信号検出時間を短くすることができる。ただし、この技術の問題点はＦＦＴ回路をＧ個並列に用意しないといけない点である。このため受信回路の回路規模及び消費電力がＧ倍になってしまう。

本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な構成で、通信帯域が現在他の通信に使われているかを検出することができるＯＦＤＭ通信装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１のＯＦＤＭ通信装置は、２ⁿ（ｎは自然数）個の系統のダイバーシティのＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部とを備え、信号検出の際は、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記復調手段が信号を復調することを特徴とする。

本発明の請求項２のＯＦＤＭ通信装置は、基本サンプリング間隔又は該基本サンプリング間隔の１／２ⁿ（ｎは自然数）の分数サンプリング間隔でＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部とを備え、信号検出の際は、前記アナログ／ディジタル変換器は、１／２ⁿの分数サンプリング間隔でアナログ／ディジタル変換し、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記アナログ／ディジタル変換器は、基本サンプリング間隔でアナログ／ディジタル変換し、前記復調手段が信号を復調することを特徴とする。

本発明の請求項３のＯＦＤＭ通信装置は、２ⁿ（ｎは自然数）個のアンテナからのＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部とを備え、信号検出の際は、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記復調手段が信号を復調することを特徴とする。

本発明によれば、ＯＦＤＭ通信装置において、通信帯域が現在他の通信に使われているかを検出するために、従来のハードウェアとほぼ同じ構成で実現できるため、簡易な構成で信号検出確率を格段に高めることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１によるＯＦＤＭ通信装置の構成示す図である。本実施例１による通信装置１は、受信部１０、制御部２０、及び送信部３０を備える。受信部１０は、アナログ／ディジタル変換器１１、ＦＦＴ回路１２、及び検出／復調部１３を有する。受信部１０は、ＯＦＤＭ信号を受信する。アナログ／ディジタル変換器１１は、受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＦＦＴ回路１２は、ディジタル信号を各周波数成分に分解する。検出／復調部１３は、信号検出の際は、各周波数成分の信号の有無を検出する。その有無に応じて送信部３０の送信帯域又は送信電力を制御する。信号復調の際は、各周波数成分の信号から信号を復調する。ここまでの説明では、本実施例１は従来技術と同一である。

図３は、アナログ／ディジタル変換器のサンプリングのタイミングを説明する図である。図３(a)は、従来の基本的なサンプリングを示す図であり、各シンボルについて１つのサンプリングを行い、この例では、簡単のため２³＝８個のシンボルに関する８個のサンプルｒ(０)〜ｒ(７)を単位としてフーリエ変換する場合について示している。図３(b)は、本実施例による分数間隔サンプリングの例を示す図であり、８個のシンボルの内の前の４個の各シンボルについて２つのサンプリングを行い、後ろの４個のシンボルについてはサンプリングしないで、結果として、８個のシンボルについての８個のサンプルｒ(０)〜ｒ(７)を単位としてフーリエ変換する場合について示している。図３(c)は、本実施例による分数間隔サンプリングの他の例を示す図であり、８個のシンボルの内の１つおきの４個の各シンボルについて２つのサンプリングを行い、残りの４個のシンボルについてはサンプリングしないで、結果として、８個のシンボルについての８個のサンプルｒ(０)〜ｒ(７)を単位としてフーリエ変換する場合について示している。また、図示しないが、８個のシンボルの内の前の４個の各シンボルについて早位相のサンプリングを行い、後ろの４個のシンボルについては遅位相のサンプリングを行って、結果として、８個のシンボルについての８個のサンプルｒ(０)〜ｒ(７)を単位としてフーリエ変換してもよい。

図４は、従来のＦＦＴ回路及び２乗処理回路の構成を示す図である。離散フーリエ変換は、

ただし、Ｆ(ｋ)：Ｎ個の複素数出力
ｒ(ｎ)：Ｎ個の複素数入力
Ｗ：ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ）、回転子
と定義できる。このとき、Ｗⁿ＝Ｗ^n+N等の性質を利用することにより、ＦＦＴ回路として高速演算できることが知られている。

図４においては、図３(a)に示すサンプルｒ(０)〜ｒ(７)のＦＦＴ演算を示している。例えば、左上の交差矢印は、ｒ(０)＋Ｗ⁰ｒ(４)をサンプルｒ(０)ラインに出力し、Ｗ⁴ｒ(０)＋ｒ(４)をサンプルｒ(４)ラインに出力することを意味し、これをバタフライ演算という。各サンプルｒ(０)〜ｒ(７)について左から順に第１段目のバタフライ演算から第３段目のバタフライ演算を行い、ＦＦＴ演算結果が出力される。信号検出のために各結果の絶対値を２乗して、Ｆ(０)〜Ｆ(７)として各周波数の検出信号が出力される。これらを閾値と比較することによって各周波数の信号の有無を判断することができる。これにより、通信帯域が現在他の通信に使われている場合には、送信を控える、送信電力を小さくして送信する、使われている帯域にノッチを入れて送信する、等の対処をする。また、通信帯域が現在他の通信に使われていない場合には、許容されている最大電力で送信する。例えば、本通信装置は、ＵＷＢ通信装置であって、他の通信は、第４世代移動通信システムである。

図５は、本発明の実施例１によるＦＦＴ回路及び２乗処理回路の構成を示す図である。基本的な考え方は従来の図４に示すものと同じであるが、入力は図３(b)に示すサンプルｒ(０)〜ｒ(７)であって、バタフライ演算が第２段目までで終わっていて、対応する周波数同士について、それぞれの絶対値の２乗を加算することで、各周波数Ｆ'(０)、Ｆ'(２)、Ｆ'(４)、Ｆ'(６)の検出信号が出力される。これは、第２段目までのバタフライ演算によってＮ＝４のＦＦＴ演算を行っていることを利用している。すなわち、第２段目までのバタフライ演算によって、入力ｒ(０)、ｒ(２)、ｒ(４)、ｒ(６)のフーリエ変換と、入力ｒ(１)、ｒ(３)、ｒ(５)、ｒ(７)のフーリエ変換という２つのフーリエ変換を行っていることを利用している。これによりＦ'(０)、Ｆ'(２)、Ｆ'(４)、Ｆ'(６)というように周波数方向の解像度を粗くする代わりに遅延方向のサンプリングを分離し、復調に用いている１つのＦＦＴを使うだけで分数間隔サンプリングを達成している。干渉回避技術で対象とする他システムはＯＦＤＭの１サブキャリア＝４ＭＨｚよりも帯域が広いため、提案する手法のように周波数方向の解像度を低減しても支障なく信号検出可能である。また、本実施例においてもＦＦＴ演算は８シンボルについて１回行うだけであるので、従来のものと同じ速度のもので十分である。

なお、分数間隔サンプリングは基本サンプリング間隔の１／２ⁿ（ｎは自然数）とすることができる。この場合、信号検出の際には、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算に対して、第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果を使う。上記実施例においては、ｍ＝３、ｎ＝１である。

また、図３(c)に示すサンプリングを使うこともできる。この場合には、検出する周波数がＦ'(０)、Ｆ'(１)、Ｆ'(２)、Ｆ'(３)というように、通信帯域の半分になるが、用途によってこれでも差し支えない場合には使うことができる。

上記実施例は、分数間隔サンプリングを使う、時間ダイバーシティの例を示したが、アンテナダイバーシティを使うこともできる。この場合には、２ⁿ（ｎは自然数）個のアンテナからのＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換して、各アンテナからの信号をそれぞれフーリエ変換することで、実現できる。例えば、２つのアンテナを使うことにして、信号検出の際は、８個のシンボルの内の前の４個の各シンボルについて第１のアンテナからの入力をｒ(０)、ｒ(２)、ｒ(４)、ｒ(６)とし、後ろの４個のシンボルについては第２のアンテナからの入力をｒ(１)、ｒ(３)、ｒ(５)、ｒ(７)として、図５に示すＦＦＴ及び２乗処理回路の構成をそのまま使うことができる。信号復調の際は、ＳＮ比の大きいアンテナの信号を使うなど、通常のアンテナダイバーシティの技術を使うことができる。

なお、実施例１の分数間隔サンプリングと実施例２のアンテナダイバーシティとは併用することもできる。この場合でも復調に用いる１つのＦＦＴ回路で実現することができる。

本発明の実施例１によるＯＦＤＭ通信装置の構成示す図である。分数間隔サンプリング技術を説明する図である。アナログ／ディジタル変換器のサンプリングのタイミングを説明する図である。従来のＦＦＴ回路及び２乗処理回路の構成を示す図である。本発明の実施例１によるＦＦＴ回路及び２乗処理回路の構成を示す図である。

符号の説明

１通信装置
１０受信部
１１アナログ／ディジタル変換器
１２ＦＦＴ回路
１３検出／復調部
２０制御部
３０送信部

Claims

２ⁿ（ｎは自然数）個の系統のダイバーシティのＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、
該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、
前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、
前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部と
を備え、
信号検出の際は、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記復調手段が信号を復調することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。
基本サンプリング間隔又は該基本サンプリング間隔の１／２ⁿ（ｎは自然数）の分数サンプリング間隔でＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、
該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、
前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、
前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部と
を備え、
信号検出の際は、前記アナログ／ディジタル変換器は、１／２ⁿの分数サンプリング間隔でアナログ／ディジタル変換し、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記アナログ／ディジタル変換器は、基本サンプリング間隔でアナログ／ディジタル変換し、前記復調手段が信号を復調することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。
２ⁿ（ｎは自然数）個のアンテナからのＯＦＤＭアナログ受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
該アナログ／ディジタル変換器のディジタル出力を入力して、ｍ（ｍはｎ＜ｍの自然数）段のバタフライ演算を行い、第ｍ−ｎ段目及び第ｍ段目のバタフライ演算の結果を出力するＦＦＴ回路と、
該ＦＦＴ回路の第ｍ−ｎ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、２^m-n個の周波数成分について信号の有無を検出する信号検出手段と、
前記ＦＦＴ回路の第ｍ段目のバタフライ演算の結果出力を入力して、信号を復調する復調手段と、
前記信号検出手段により検出される受信信号の有無に応じてＯＦＤＭ信号を送信する送信部と
を備え、
信号検出の際は、前記信号検出手段が信号を検出し、信号復調の際は、前記復調手段が信号を復調することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。