JP2008160822A - 無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法、及び、無線受信方法 - Google Patents

無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法、及び、無線受信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】チャネル推定の精度が向上し、受信品質を向上させる無線受信装置、無線送信装置、無線受信方法、及び無線送信方法を提供すること。
【解決手段】無線受信装置200は、空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列を受信する各受信部203、204と、データ系列を復調する各復調部205、206と、データ系列中のリファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、その変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力するチャネル推定部208と、内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、データ系列の復号処理を行う復号処理部210とを含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、マルチキャリア変調方式を用いた空間多重伝送時の信号を送受信する無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法、及び、無線受信方法に関し、特にチャネル推定技術や回線補償技術を用いる無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法、及び、無線受信方法に関する。
近年、無線通信の大容量化および高速化の要求に伴い、有限な周波数資源の利用効率を更に向上させる技術研究が盛んに行われている。空間領域を利用する手法はその中でも注目を集めている。その手法のひとつとして、アダプティブアレーアンテナ(適応アンテナ)がある。
このアンテナを用いると、受信信号に乗算する重み付け係数(以下、この重み付け係数を「重み」という。)により、振幅および位相を調整して、所望の方向から到来する信号を強く受信することができる。そして、マルチパス干渉や同一チャネル干渉といった干渉成分の信号を抑圧することができる。このような干渉抑圧効果により、通信システムの通信容量を改善することが可能となる。
また、空間領域を利用した別の技術として、伝搬路における空間的な直交性を利用するものに、2つの技術がある。その一つは、同一時刻、同一周波数および同一符号の物理チャネルを用いて異なるデータ系列を、同一の端末装置に対して伝送する空間多重技術である。このような空間多重技術を用いるものとして、一般的には次のようなものがある(例えば、非特許文献1)。すなわち、送信機および受信機が共に複数のアンテナを備える。そして、アンテナ間での受信信号の相関性が低い伝搬環境下において空間多重伝送が実現できる。
ここで、送信時においては、送信機における複数のアンテナから、アンテナ素子ごとに、同一時刻、同一周波数および同一符号の物理チャネルを用いて異なるデータ系列を送信する。すると、受信機の各アンテナが、伝搬路特性の推定値(以下、チャネル推定値)を基に、そのデータ系列を分離して受信する。これにより、空間多重チャネルを複数用いることで多値変調を用いることなく、伝送処理の高速化が可能となる。
また、送信機および受信機が共に同数のアンテナを備えて空間多重伝送を行うときに、S/N比(信号対雑音比)が十分高く、かつ、送受信機間に多数の散乱体が存在する環境下においては、アンテナ数に比例した通信容量の拡大が可能となる。このような空間多重伝送方式としては、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いたマルチキャリア変調方式が用いられることが多い。
これは、次のような理由からである。すなわち、無線伝搬路のマルチパス遅延が、ガードインターバル時間内であれば、各サブキャリアが受ける伝搬路変動はフラットフェージングとして扱える。このため、マルチパス等価処理が不要となり、空間多重伝送された信号の分離処理が軽減されるからである。
一方、受信時においては、受信機のアンテナで受信された信号がベースバンド信号に周波数変換される。そして、OFDM復調処理が行われる。
ここで、マルチキャリア変調方式は、複数のサブキャリアを用いる伝送方式である。各サブキャリアへの入力データ信号は、M値QAM変調等で変調されて、サブキャリア信号となる。OFDMは、各サブキャリアの周波数が直交関係にあり、高速フーリエ変換(FFT)回路を用いて、周波数の異なるサブキャリア信号を一括変換する。
これにより、サブキャリア信号が時間軸の信号に変換された後、キャリア周波数帯に周波数変換されてアンテナから送信される。OFDM変調およびOFDM復調に関しては、非特許文献2に記載のとおりである。
従来、このような状況下において、2段階のチャンネル推定処理によりチャネル推定値を得ていた(例えば、特許文献1)。具体的には、まず、チャネル推定用のリファレンス信号に対する受信信号について、送信アンテナのサブセットごとに分割する。そして、チャネル推定の第1段階として、リファレンス系列を基に第1段階のチャネル推定を行う。これにより、第1次元(例えばサブキャリア方向)におけるチャネル応答の仮推定について、送信アンテナのサブセット単位に補間処理を用いて算出する。
次に、第2段階のチャネル推定として、各アンテナに対し、一次元方向に補間した仮推定値を用いて、異なる次元方向(例えば時間方向)におけるチャネル推定を行う。このように、リファレンス信号と仮推定値との間に存在するデータ部のチャネル推定値は内挿補間を用い、それ以外のデータ部のチャネル推定値は一律に外挿補間を用いて得る。これにより、送信アンテナのサブセットのアンテナごとに、チャネル推定値を得ることが可能となる。
特表2006−515481号公報 G.J.Foschini, " Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas," Bell Labs Tech. J., pp.41-59, Autumn 1996 尾知博、上田健二"OFDMシステム技術とMATLABシミュレーション解説"、トリケップス、2002年
一般的に、外挿補間により得られるチャネル推定値は、内挿補間により得られたチャネル推定値よりも精度が低くなる。このため、特許文献1に記載のチャネル推定方法では、外挿補間によるチャネル推定値を一律に適用するので、チャネル推定の精度が低下し、受信品質が低下する。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、チャネル推定の精度を向上させ、受信品質を向上させることができる無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法、及び、無線受信方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の無線受信装置は、空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列を受信する受信部と、前記受信されたデータ系列中の前記リファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、前記変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力するチャネル推定部と、前記内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、前記データ系列の復調復号処理を行う復調復号処理部と、を含む。
また、前記課題を解決するために、本発明の無線送信装置は、サブフレームが複数のOFDMシンボルから構成される伝送フォーマットを用いる無線送信装置であって、空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号を生成する生成部と、データ信号をOFDMシンボルのサブキャリアに割り当てる割り当て部と、前記リファレンス信号の送信電力が、前記データ信号の送信電力よりも大きくなるように、前記リファレンス信号の送信電力を調整する電力調整部と、前記電力調整部により送信電力が調整された前記リファレンス信号を、OFDMシンボルのサブキャリアの周波数軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、又は、時間軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、リファレンス信号多重部と、OFDMシンボルのサブキャリアに割り当てられた前記データ信号及び前記リファレンス信号に対しOFDM変調を施し、得られたOFDM変調信号を送信する送信部と、を具備する構成を採る。
また、前記課題を解決するために、本発明の無線受信方法は、空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列を受信するステップと、前記データ系列を復調するステップと、前記復調されたデータ系列中の前記リファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、前記変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力するステップと、前記内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、前記データ系列の復調復号処理を行うステップと、を含むようにした。
また、前記課題を解決するために、本発明の無線送信方法は、サブフレームが複数のOFDMシンボルから構成される伝送フォーマットを用いる無線送信方法であって、空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号を生成するステップと、データ信号をOFDMシンボルのサブキャリアに割り当てるステップと、前記リファレンス信号の送信電力が、前記データ信号の送信電力よりも大きくなるように、前記リファレンス信号の送信電力を調整するステップと、前記電力調整部により送信電力が調整された前記リファレンス信号を、OFDMシンボルのサブキャリアの周波数軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、又は、時間軸方向に所定の間隔を隔てて配置するステップと、OFDMシンボルのサブキャリアに割り当てられた前記データ信号及び前記リファレンス信号に対しOFDM変調を施し、得られたOFDM変調信号を送信するステップと、を含むようにした。
本発明によれば、伝搬路の変動状況に基づいて、内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を用いてデータ系列の復号を行う。このため、チャネル推定の精度が向上し、受信品質が向上する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
[無線送信装置の構成]
まず、無線送信装置100の構成について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1における無線送信装置(無線通信装置)100の構成例を示す図である。ここでは、無線送信装置100は、例えば、OFDMのマルチキャリア伝送方式を採用するものとして説明する。
図1において、無線送信装置100は、リファレンス信号生成部101、各リファレンス信号多重部102、103、各OFDM変調部104、105、各送信部106、107および各送信アンテナ108、109を有する。本実施の形態では、送信アンテナが2本(送信アンテナ数Nt=2)の場合について説明するが、送信アンテナは1本または3本以上に変更してもよい。
リファレンス信号生成部101は、受信側に既知である所定の系列信号からなるリファレンス信号を生成して各リファレンス信号多重部102、103に出力する。リファレンス信号は、チャネル推定用のものである。
リファレンス信号多重部102は、データ信号d1および上記リファレンス信号を入力し、リファレンス信号を多重化する。各データ信号d1、d2は、所定の報知信号や制御信号データなどを含んで構成されている。
なお、本実施の形態では、多重化方法としては、例えば、FDM(Frequency Division Multiplexing)を用いることとするが、これに限られない。例えば、TDM(Time Division Multiplexing)、CDM(Code Division Multiplexing)を用いて多重化してもよい。
リファレンス信号多重部102の出力信号(データ系列)の一例を図2に示す。なお、リファレンス信号多重部103も、リファレンス信号多重部102と同様の方法で多重化する。
図2の出力信号、すなわち多重化信号d100は、複数(Ns個)のサブフレームを含むフレームで構成されている。そして、一個のサブフレームには、Nf個のOFDMシンボルが含まれる。サブフレームは、リファレンス信号とそれ以外の制御信号とを含むデータ信号部から構成される。
リファレンス信号は、サブキャリア方向(周波数方向)および時間方向(OFDMシンボル方向)に、それぞれ所定の間隔を隔てて(間欠的に)挿入されている。1つのOFDMシンボルには、複数(Nc個)のサブキャリアが含まれる。
リファレンス信号の挿入位置は、送信される各送信アンテナに応じて、異なる。例えば、他の送信アンテナからの送信信号にリファレンス信号が挿入されている場合、そのサブキャリアを用いた送信を行わないヌルキャリアとする。これにより空間多重時には、異なるアンテナからのリファレンス信号は異なるサブキャリアを用いて送信することで、周波数分割多重(FDM)され、受信時にそれぞれ分離受信することができる。
図1に戻って、各OFDM変調部104、105は、リレファレンス信号多重部の出力信号、すなわち多重化信号を入力してOFDM変調する。具体的には、各OFDM変調部104、105は、サブキャリア信号を時間領域信号に変換するIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理を行う。そして、各OFDM変調部104、105は、マルチパス対策のために、時間領域信号にガードインターバル(GI:Guard Interval)を付加して出力する。なお、OFDM変調方法については、非特許文献1に記載のとおりである。
各送信部106、107は、対応する各OFDM変調部104、105からの出力信号に対して、帯域制限フィルタ(不図示)を用いて帯域制限処理を行う。そして、各送信部106、107は、帯域制限した信号を、所定のキャリア周波数に周波数変換する。さらに、各送信部106、107は、周波数変換した信号を増幅器(不図示)を用いて増幅して出力する。
各送信アンテナ108、109は、対応する各送信部106、107の出力であるデータ系列を空中に放射する。これにより、無線受信装置200が、データ系列を受信する。
[無線受信装置の構成]
次に、無線受信装置200の構成について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1における無線受信装置(無線通信装置)200の構成例を示す図である。ここでは、無線受信装置200は、例えば、OFDMのマルチキャリア伝送方式を採用するものとして説明する。
図3において、無線受信装置200は、各受信アンテナ201、202、各受信部203、204および各OFDM復調部205、206を有する。さらに、無線受信装置200は、リファレンス信号抽出部207、チャネル推定部208、信号分離部209および復号処理部(復調復号処理部)210を有する。本実施の形態では、受信アンテナが2本(受信アンテナ数Nt=2)の場合について説明するが、受信アンテナは3本以上に変更してもよい。
各受信アンテナ201、202は、所望のキャリア周波数帯の高周波信号を受信する。各受信部203、204は、各受信アンテナ201、202で受信された各高周波信号について、増幅処理、帯域制限処理および周波数変換処理を行う。そして、各受信アンテナ201、202は、同相(In phase)信号及び直交(Quadrature Phase)信号からなる複素のベースバンド信号として、各OFDM復調部205、206に出力する。
各OFDM復調部205、206は、入力した各ベースバンド信号について、時間および周波数の同期処理、GI(ガイドインターバル)の除去処理、FFT処理および直列並列変換処理を行う。具体的には、各OFDM復調部205、206は、ベースバンド信号に対しOFDM復調を行う。そして、各OFDM復調部205、206は、Nc個のサブキャリア毎のシンボルデータ系列を出力する。
なお、以下において、Y(k、fs)と表記したときは、次のようなシンボルデータ系列を意味する。すなわち、サブフレーム中の第k番目のOFDMシンボル受信時における第fs番目のサブキャリアのシンボルデータ系列である。
ここで、Y(k、fs)は、Nr個の受信アンテナで受信された信号を要素として含む列ベクトルを表す。すなわち、第mの受信アンテナで受信された信号を入力とするOFDM復調部から出力される信号y(k、fs)を第m番目の要素とする。ただし、k=1〜Ns、fs=1〜Ncである。
例えば、無線送信装置100が、複数の送信アンテナから、Nt個の空間多重ストリームを送信する空間多重伝送を行う場合、第fsサブキャリアの送信系列x(k、fs)を要素とする送信系列ベクトルX(k、fs)を、X(k、fs)=[x(k、fs)、...、xNt(k、fs)]と表す。なお、上付き添え字Tは、ベクトル転置演算子を表す。x(k、fs)は、各送信アンテナから送信されるサブフレーム中の第k番目のOFDMシンボルにおける第fsサブキャリアの送信系列を表す。
伝搬路上におけるマルチパスの先行波からの相対的な遅延時間がガードインターバル(GI)範囲内であれば、電波伝搬路が周波数選択性フェージング環境であっても、サブキャリア単位ではフラットフェージング伝搬環境として扱うことができる。そのような場合、無線受信装置で周波数同期が理想的に行える。
ここで、送受信間でのサンプリングクロックのジッタが存在しない場合において、第k番目のOFDMシンボルを受信したサブキャリアfsのデータ系列(受信信号ベクトル)Y(k、fs)は式(1)で表される。
Figure 2008160822
式(1)中、H(k、fs)は、無線送信装置100が送信するデータ系列(送信系列)X(k、fs)が受ける伝搬路変動を示すチャネル応答行列である。H(k、fs)は(無線受信装置200の受信アンテナ数Nr)行×(無線送信装置100における送信アンテナ数Nt)列からなる行列(以下、チャネル行列)である。
H(k、fs)のi行j列の行列要素hijは、信号x(k、fs)が、無線受信装置の第i番目の受信アンテナで受信される場合の伝搬路変動を表す。x(k、fs)は、無線送信装置の第j番目の送信アンテナから送信された信号を表す。
また、式(1)中、n(k、fs)はNt次の雑音成分ベクトルを表す。n(k、fs)、無線受信装置のNr個の受信アンテナで受信したときにそれぞれ付加される雑音成分を要素とするベクトルを表す。
リファレンス信号抽出部207は、サブフレーム中のフレーム構成された信号から、リファレンス信号が含まれるOFDMシンボルを抽出する。さらに、リファレンス信号抽出部207は、抽出したOFDMシンボルから、リファレンス信号を含むサブキャリアを抽出する。
以下では、第j番目のOFDMシンボルにおける第m番目の送信アンテナから送信されたリファレンス信号をg(j、Gjm(s))として表す。そして、g(j、Gjm(s))に対する第n番目の受信アンテナにおける受信結果をy(j、Gjm(s))として表す。
jm(s)は、第j番目のOFDMシンボルにおける第m番目の送信アンテナから送信されるリファレンス信号の第s番目のサブキャリア番号を表す。sは、Ng(j、m)個以下の自然数とする。
チャネル推定部208は、復調(受信)されたデータ系列中のリファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力する。
具体的には、チャネル推定部208は、回線変動状況検出部2081、周波数方向補間部2082、内挿補間部2083、外挿補間部2084および出力置換部(推定値出力部)2085を有する。
周波数方向補間部2082は、リファレンス信号抽出部207で抽出されたリファレンス信号を用いて、式(1)に示したチャネル行列H(k、fs)の推定値H(k、fs)を算出する。
本実施の形態において、リファレンス信号は、サブキャリア方向(周波数方向)および時間方向に間欠的に挿入されていることとする(図2参照)。そのため、リファレンス信号が挿入されていないサブキャリアに対しては、サブキャリア方向での補間処理を用いる。
また、リファレンス信号が挿入されていないOFDMシンボルに対しては、前後のリファレンス信号が挿入されているOFDMシンボルを用いて、時間方向(OFDMシンボル方向)の補間処理を用いて、すべてのサブキャリア、OFDMシンボルにおけるチャネル推定値を算出する。
さらに、周波数方向補間部2082は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルにおいて、リファレンス信号が送信されているサブキャリアに対するチャネル推定値h(j、Gjm(s))を算出する。この算出式を式(2)に示す。
Figure 2008160822
式(2)中、nはNr以下の自然数、mはNt以下の自然数、jはリファレンス信号を含むOFDMシンボルのシンボル番号をそれぞれ表す。Gjm(s)は、第j番目のOFDMシンボルにおいて、第m番目の送信アンテナから送信されるリファレンス信号の第s番目のサブキャリア番号を表す。sは、Ng(j、m)個以下の自然数とする。
そして、周波数方向補間部2082は、式(2)のhnm(j、Gjm(s))を基に、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向にチャネル推定値の補間処理を行う。なお、周波数方向のチャネル推定値の補間処理は、特許文献1に記載のとおり、周波数領域または時間領域で行う。
内挿補間部2083は、内挿補間により第1のチャネル推定値を推定する。具体的には、内挿補間部2083は、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルに対し、OFDMシンボルのチャネル推定値hnm(j、fs)およびhnm(j、fs)を用いて、内挿補間によりチャネル推定値(第1のチャネル推定値)hnm(k1、fs)を算出する。なお、j<k<jとする。内挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
図2では、内挿補間の区間は、例えば第2番目から第j−1番目までのOFDMシンボル区間を意味する。
外挿補間部2084は、外挿補間により第2のチャネル推定値を推定する。具体的には、外挿補間部2084は、サブフレーム内において、リファレンス信号を含むOFDMシンボルに挟まれず、かつ、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルに対し、時間軸方向で、それより前のリファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値hnm(j、fs)を用いて、外挿補間によりチャネル推定値(第2のチャネル推定値)hnm(k、fs)を算出する。なお、j<kとする。外挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
図2では、外挿補間の区間は、例えば第j+1番目以降のOFDMシンボル区間を意味する。
回線変動状況検出部2081は、伝搬路の変動状況Dnm(j、j、fs)を検出する。このとき、回線変動状況検出部2081は、リファレンス信号を含む第j番目および第j番目のOFDMシンボル間のチャネル推定値hnm(j、fs)と、hnm(j、fs)との内積演算を行う。この演算式を式(3)または式(4)に表す。なお、j<jとする。
Figure 2008160822
Figure 2008160822
式(3)および式(4)中、アスタリスク(*)は複素共役演算子、Re[x]はxの実部をそれぞれ表す。また、j≠jとする。
式(3)および式(4)から、伝搬路の変動状況Dnm(j、j、fs)が1より小さくなればなるほど、伝搬路のフェージング変動が大きくなる。そして、Dnm(j、j、fs)が1に近似するほど、伝搬路の変動が小さいとみなすことができる。
なお、変動状況Dnm(j、j、fs)の検出は、サブキャリアごとに行ってもよいし、複数のサブキャリアの変動状況を平均した値として行ってもよい。あるいは、この検出は、全てのサブキャリアではなく、一部のサブキャリアを用いても行ってもよいし、また、サブキャリアをグループ化して、グループ毎の平均値を代表値として行ってもよい。さらに、サブキャリアをグループ化し、グループ化された中心近傍のサブキャリアをそのグループの代表値としても検出してもよい。
出力置換部2085は、伝搬路の変動状況Dnm(j、j、fs)に基づいて、内挿補間によるチャネル推定値、または、外挿補間によるチャネル推定値を選択して最終的なチャネル推定値を出力する。
具体的には、出力置換部2085は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルの場合は、周波数方向補間部2082における算出結果(チャネル推定値)を出力する。
他方、出力置換部2085は、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルの場合(時間軸方向で前後にリファレンス信号を含むOFDMシンボルの場合)、回線変動状況検出部2081における変動状況によらず、内挿補間部2083における算出結果(チャネル推定値)をそのまま出力する。
あるいは、サブフレーム内の時間軸方向において、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルの後続に、リファレンス信号を含むOFDMシンボルが存在しない場合(リファレンス信号を含むOFDMシンボル間に挟まれていないOFDMシンボルの場合)、出力置換部2085は、回線変動状況検出部2081の検出結果、すなわち変動状況Dnm(j、j、fs)に基づき、次のようなチャネル推定値の置換処理を行う。
すなわち、出力置換部2085は、変動状況Dnm(j、j、fs)が所定値Ld(所定レベル)よりも大きい場合、伝搬路の変動が比較的小さいと判断し、内挿補間部2083において得られたチャネル推定値hnm(k、fs)を出力する。hnm(k、fs)は、j<kとなる最大の自然数あるいはその近傍の値を用いる。
一方、変動状況Dnm(j、j、fs)が所定値Ld以下の場合、出力置換部2085は、伝搬路の変動が比較的大きいと判断し、外挿補間部2084において得られたチャネル推定値hnm(k、fs)を出力する。
信号分離部209は、チャネル推定部208(内挿補間部または外挿補間部)の出力であるチャネル推定値を用いて、空間多重伝送された信号の分離受信処理を行う。こ分離受信処理については、非特許文献1に記載の方法を採用する。
例えば、ZF(Zero Forcing:ゼロフォーシング)法により分離受信する場合、信号分離部209は、チャネル推定部208で得られたサブキャリアごとのチャネル推定値H(k、fs)に対し、逆行列を算出して、送信シンボル系列X(k,fs)を分離受信する。逆行列の算出式を式(5)に表す。なお、本実施の形態では、例えば、ZF法に基づく信号分離法について説明したが、ZF法に限定されず、MMSE(平均二乗誤差最小化)、MLD(Maximum likelihood Detection)などの方法を適用してもよい。
Figure 2008160822
復号処理部210は、出力置換部2085から出力された内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、データ系列の復号処理を行う。
具体的には、復号処理部210は、信号分離部209の出力信号に対し、送信されたサブフレーム(制御信号)に含まれる送信信号の符号化変調情報に基づき、送信ビット系列を復元する受信処理を行う。この受信処理に際して、復号処理部210は、デマッピング処理やデインタリーバ処理、訂正復号処理などを行う。デマッピング処理は、所定の変調方式によるシンボルデータ列からビットデータ列に変換する処理である。
デインタリーバ処理は、例えば無線送信装置100において行われるインターリーブと逆の動作を行うことによりビット順を復元する処理である。訂正復号処理は、入力されるビットデータ列に対して誤り訂正復号を行う処理である。
以上のように本実施の形態によると、リファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列(多重化信号)を複数の受信アンテナ201、202で受信し、そのデータ系列を各OFDM復調部205、206で復調する。そして、チャネル推定部208において、復調(受信)されたデータ系列中のリファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況Dnm(j、j、fs)を推定し、その変動状況Dnm(j、j、fs)に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力する。さらに、復号処理部210において、内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、データ系列の反復復号処理を行う。
この場合、回線変動状況検出部2081において伝搬路の変動状況(式(3)、式(4)参照)を検出する。そして、フェージング等に起因する伝搬路の変動が所定レベル(所定値)よりも小さい場合、出力置換部2085は、外挿補間により得られたOFDMシンボル(例えば、図2のj+1個目以降のシンボル)のチャネル推定値を、当該OFDMシンボルよりも前のOFDMシンボル(例えば、図2のi−1個目のシンボル)の内挿補間により得られたチャネル推定値と置き換えて出力する。
一方、フェージング等に起因する伝搬路の変動が所定レベルよりも大きい場合、出力置換部2085は、チャネル推定値の置換を行わず、外挿補間によるチャネル推定値をそのまま出力する。
上記説明により、チャネル推定の精度が内挿補間よりも劣化する外挿補間により得たチャネル推定値については、伝搬路の変動状況に応じて、できるだけ用いないこととなる、このため、チャネル推定の誤差が小さくなりその結果、受信品質が向上する。
[シミュレーション条件・結果]
ここで、本発明により得られたチャネル推定値を用いた場合のCNR(Carrier to Noise Ratio:受信搬送波電力対受信機内熱雑音電力比)およびPER(Packet Error Rate:パケットエラーレート)(CNR、PERを受信品質という)のシミュレーションを行った。シミュレーション条件として、2×2MIMO(Multiple Input Multiple Output)、MLDによる分離アルゴリズムの使用、64QAMの変調方式、ターボ符号(符号化率R=3/4)、Typical Urban 6パスモデルを用いた。
このシミュレーション結果を図4に示す。ここでは、同一のシミュレーション条件における3種類のパターンを示した。すなわち、理想のチャネル推定方法の場合、本発明のチャネル推定方法の場合、比較例として従来のチャネル推定方法(外挿補間によるチャネル推定値を一律に用いる方法)の場合である。
ドップラーフェージング周波数fd=5.6Hzとした場合のシミュレーション結果を図4Aに示し、fd=55.6Hzとした場合のシミュレーション結果を図4Bに示す。
図4A、図4Bから、本発明のチャネル推定方法の場合、従来のチャネル推定方法の場合に比べて、PER特性が良くなり、受信特性が改善することがわかる。例えば、本発明のチャネル推定方法の場合は、従来の場合よりも、PER=10%(PER=0.1)において、CNRが2dB程度良くなる。よって、受信特性の改善効果を得ることがわかる。
[無線送信装置および無線受信装置の変形例]
本実施の形態では、無線送信装置100および無線受信装置200が空間多重伝送を行う場合について説明したが、空間多重伝送を行わなくてもよい。以下、このときの無線送信装置100Aおよび無線受信装置200Aの構成例について説明する。
図5は、無線送信装置100Aの構成例を示す図である。
図5の無線送信装置100Aは、図1の無線送信装置100の場合と異なり、リファレンス信号生成部101、リファレンス信号多重部102、OFDM変調部104、送信部106および1本の送信アンテナ108のみを有する。
リファレンス信号生成部101は、所定の系列信号からなるリファレンス信号を生成してリファレンス信号多重部102に出力する。そして、リファレンス信号多重部102は、実施の形態1の場合と同様に、データ信号d1および上記リファレンス信号を入力し、リファレンス信号を多重化して出力する。
このときの多重化信号の一例を図6に示す。図6の多重化信号d101は、図2の場合と異なり、第1のリファレンス信号のみが挿入されている。第1のリファレンス信号は、周波数方向および時間方向に所定の間隔を隔てて挿入されている。
その他の無線送信装置100Aの構成は、図1の無線送信装置100の構成と同様である。
図7は、無線受信装置200Aの構成例を示す図である。図7の無線受信装置200Aの受信アンテナは、2本(受信アンテナ数Nt=2)の場合について説明するが、受信アンテナは1本あるいは3本以上に変更してもよい。
図7において、無線受信装置200Aは、図3の無線受信装置200の信号分離部209に代えて、回線補償部211を有する。なお、図7のチャネル推定部208は、上記NtおよびNrをそれぞれ、Nt=1およびNr=1と読み替えて適用する。
回線補償部211は、チャネル推定部208(出力置換部2085)の出力であるチャネル推定値を用いて、受信アンテナ201で受信した信号の回線変動を補償する。
例えば、ZFにより分離受信する場合、回線補償部211は、チャネル推定部208で得られたサブキャリアごとのチャネル推定値H(k、fs)に対し、式(6)に示す算定式を用いて、回線変動を補償する。
Figure 2008160822
このようにして、回線補償部211が回線変動を補償した後、復号処理部210は、回線補償部211の出力信号に対し、送信ビット系列を復元する受信処理を行う。上記受信処理により、受信特性がより向上する。
なお、実施の形態1(変形例を含む)では、チャネル推定部208は、サブフレーム内のリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果を用いて、チャネル推定値を算出したが、上記算出方法に限られない。例えば、チャネル推定部208は、次のサブフレームの最初に現れるリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果をさらに用いて、チャネル推定値を算出してもよい。
この場合、サブフレーム内の最後に現れるリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果を基に算出されたチャネル推定値と、その次のサブフレームの最初に現れるリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果を基に算出されたチャネル推定値との間に存在するOFDMシンボルのチャネル推定が、内挿補間により算出される。このため、チャネル推定精度が向上し、受信品質の改善を図ることができる。
また、実施の形態1(変形例を含む)では、まず、回線変動状況検出部2081は、時間軸方向のチャネル推定値の変動状況を検出する。そして、変動状況が小さい場合、出力置換部2085は、外挿補間により得られたチャネル推定値で算出されるOFDMシンボルのチャネル推定値を、内挿補間により得られるチャネル推定値に置換する。ただし、変動状況の検出に用いられるチャネル推定値は、時間軸方向ではなく、周波数方向のものに適用してもよい。
この場合、まず、回線変動状況検出部2081は、周波数方向のチャネル推定値の変動状況を検出する。そして、変動状況が小さい場合、出力置換部2085は、周波数方向の外挿補間により得られたチャネル推定値で算出されるOFDMシンボルのチャネル推定値を、周波数方向の内挿補間により得られたチャネル推定値に置換する。上記置換方法により、周波数方向におけるチャネル推定の精度を高め、受信品質の改善を図ることができる。
(実施の形態2)
実施の形態2は、チャネル推定を位相成分および振幅成分に分離して算出し、チャネル推定の精度を向上させるものである。そこで、以下、チャネル推定部の構成を中心に説明する。
図8は、本発明の実施の形態2における無線受信装置のチャネル推定部208Aの構成例を示す図である。
図8のチャネル推定部208Aは、リファレンス信号抽出部207で抽出されたリファレンス信号を用いて、式(1)に示したチャネル行列H(k、fs)の推定値H(k、fs)を算出する。
本実施の形態におけるリファレンス信号は、周波数方向および時間方向に間欠的に挿入されているものとする。そこで、まず、チャネル推定部208Aは、リファレンス信号が挿入されていないサブキャリアに対しては、周波数方向に補間処理を行う。
そして、チャネル推定部208Aは、リファレンス信号が挿入されていないOFDMシンボルに対し、前後のリファレンス信号が挿入されているOFDMシンボルを用いて、時間方向に補間処理を行う。そして、チャネル推定部208Aは、すべてのサブキャリアについてのOFDMシンボルのチャネル推定値を算出する。
具体的には、チャネル推定部208Aは、周波数方向補間部2082、位相成分分離部2086、振幅成分分離部2087、第1の内挿補間部(位相成分時間方向内挿補間部)2088および第1の外挿補間部(位相成分時間方向外挿補間部)2089を有する。さらに、チャネル推定部208Aは、第2の内挿補間部(振幅成分時間方向内挿補間部)2090、第2の外挿補間部(振幅成分時間方向外挿補間部)2091、内挿補間合成部2092、外挿補間合成部2093および出力置換部2085を有する。
周波数方向補間部2082は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、リファレンス信号が送信されているサブキャリアに対するチャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出する。この算出式は式(2)のとおりである。そして、周波数方向補間部2082は、式(2)のhnm(j、Gjm(s))を基に、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向のチャネル推定値の補間処理を行う(この補間処理は特許文献1に記載の方法を参照)。
なお、nはNr以下の自然数、mはNt以下の自然数、jはリファレンス信号を含むOFDMシンボル番号をそれぞれ表す。Gjm(s)は、第j番目のOFDMシンボルにおける第m番目の送信アンテナから送信されるリファレンス信号の第s番目のサブキャリア番号を表す。sはNg(j、m)個以下の自然数とする。
位相成分分離部2086は、リファレンス信号から得られるチャネル推定の位相成分を分離する。具体的には、位相成分分離部2086は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)の位相成分θnm(j、fs)、θnm(j、fs)を分離して出力する。
振幅成分分離部2087は、リファレンス信号から得られるチャネル推定の振幅成分を分離する。具体的には、振幅成分分離部2087は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)の振幅成分|hnm(j、fs)|、|hnm(j、fs)|を分離して出力する。
第1の内挿補間部2088は、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルに対し、2つのチャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)の各位相成分θnm(j、fs)、θnm(j、fs)を用いて、内挿補間によりチャネル推定値hnm(k、fs)の位相成分θnm(k、fs)を算出する。
各チャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)は、時間軸方向において、その前後のリファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値をそれぞれ表す。このとき、j<k<jとする。
なお、内挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
第1の外挿補間部2089は、サブフレーム内において、第k番目のOFDMシンボルに対し、チャネル推定値hnm(j、fs)の位相成分θnm(j、fs)を用いて、外挿補間によりチャネル推定値hnm(k、fs)の位相成分θnm(k、fs)を算出する。このとき、j<kとする。
第k番目のOFDMシンボルは、リファレンス信号を含むOFDMシンボルに挟まれず、かつ、リファレンス信号を含まないシンボルである。チャネル推定値hnm(j、fs)は、時間軸方向で、第k番目のOFDMシンボルより前のリファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値である。
なお、外挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
第2の内挿補間部2090は、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルに対し、2つのチャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)の各振幅成分|hnm(j、fs)|、|hnm(j、fs)|を用いて、内挿補間によりチャネル推定値hnm(k、fs)の振幅成分|hnm(k、fs)|を算出する。
各チャネル推定値hnm(j、fs)、hnm(j、fs)は、時間軸方向において、その前後のリファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値をそれぞれ表す。このとき、j<k<jとする。内挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
第2の外挿補間部2091は、サブフレーム内において、第k番目のOFDMシンボルに対し、チャネル推定値hnm(j、fs)の振幅成分|hnm(j、fs)|を用いて、外挿補間によりチャネル推定値hnm(k、fs)の振幅成分|hnm(k、fs)|を算出する。
第k番目のOFDMシンボルは、リファレンス信号を含むOFDMシンボルに挟まれず、かつ、リファレンス信号を含まないシンボルである。チャネル推定値hnm(j、fs)は、時間軸方向で、第k番目のOFDMシンボルより前のリファレンス信号を含むOFDMシンボルのチャネル推定値である。このとき、j<kとする。外挿補間は、線形補間やラグランジェ補間などを適用することが可能である。
内挿補間合成部2092は、上記位相成分および上記振幅成分に基づいて、内挿補間によりチャネル推定値を合成する。
具体的には、内挿補間合成部2092は、第1の内挿補間部2088の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)の位相成分θnm(k、fs)と、第2の内挿補間部2090の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)の振幅成分|hnm(k、fs)|とを基に、チャネル推定値hnm(k、fs)=|hnm(k、fs)|exp(jθnm(k、fs))を合成して出力置換部2085に出力する。
外挿補間合成部2093は、上記位相成分および上記振幅成分に基づいて、外挿補間によりチャネル推定値を合成する。
具体的には、外挿補間合成部2093は、第1の外挿補間部2089の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)の位相成分θnm(k、fs)と、第2の外挿補間部2091の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)の振幅成分|hnm(k、fs)|とを基に、チャネル推定値hnm(k、fs)=|hnm(k、fs)|exp(jθnm(k、fs))を合成して出力置換部2085に出力する。
上記チャネル推定値の合成により、出力置換部2085は、伝搬路の変動状況に基づいて、内挿補間によるチャネル推定値または外挿補間によるチャネル推定値を出力する。
具体的には、出力置換部2085は、内挿補間合成部2092の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)、および外挿補間合成部2093の出力であるチャネル推定値hnm(k、fs)を入力する。そして、出力置換部2085は、実施の形態1の場合と同様の方法で、最終的なチャネル推定値を出力する。
例えば、出力置換部2085は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルの場合は、周波数方向補間部2082における算出結果(チャネル推定値)を出力する。
他方、出力置換部2085は、リファレンス信号を含まない第k番目のOFDMシンボルの場合(時間軸方向で前後にリファレンス信号を含むOFDMシンボルの場合)、回線変動状況検出部2081における変動状況によらず、内挿補間部2083における算出結果(チャネル推定値)をそのまま出力する。
その他の回線変動状況検出部2081を含むチャネル推定部の構成は、図3の実施の形態1の場合と同様である。
以上のように本実施の形態では、チャネル推定を位相成分および振幅成分に分離独立して算出するので、チャネル推定の精度がより向上する。
(実施の形態3)
実施の形態3は、図2の実施の形態1の多重化信号とは別のフレームを用いた場合のものである。
図9は、実施の形態3における多重化信号のフレーム構成を示す図である。
図9に示す多重化信号d102(1つのフレーム)は、複数(Ns個)のサブフレームを含んで構成されている。そして、1つのサブフレームには、Nf個のOFDMシンボルを含んでいる。サブフレームは、リファレンス信号とそれ以外の制御信号とを含むデータ信号部から構成される。
リファレンス信号は、1つのOFDMシンボルの周波数方向にすべて挿入され、時間方向に間欠的に挿入されている。1つのOFDMシンボルには、複数のNc個のサブキャリアを含む。
空間多重伝送の場合、異なる送信アンテナから送信される送信信号のリファレンス信号のサブキャリア挿入位置は、送信アンテナごとにずらして配置される。
リファレンス信号の挿入位置は、送信される各送信アンテナに応じて、異なる。例えば、他の送信アンテナからの送信信号にリファレンス信号が挿入されている場合、そのサブキャリアを用いた送信を行わないヌルキャリアとする。上記挿入位置方法により空間多重時には、異なるアンテナからのリファレンス信号は異なるサブキャリアを用いて送信することで、周波数分割多重(FDM)され、受信時にそれぞれ分離受信することができる。その他のリファレンス信号を含む無線送信装置の構成は、図1および図2の実施の形態1の場合と同様である。
図10は、実施の形態3における無線受信装置200Bの構成例を示す図である。
図10の無線受信装置200Bは、図3の周波数方向補間部2082に代えて、仮推定値算出部(周波数仮推定値算出部)2094を有する。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
仮推定値算出部2094は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、リファレンス信号が送信されているサブキャリアに対するチャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出する。この算出式は、式(2)のとおりである。そして、仮推定値算出部2094は、hnm(j、Gjm(s))を基に、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向のチャネル推定値の補間処理を行う(この補間処理は特許文献1に記載の方法を参照)。
さらに、仮推定値算出部2094は、補間処理の結果を内挿補間部2083および外挿補間部2084に出力する。内挿補間部2083および外挿補間部2084は、それぞれ、仮推定値算出部2094における補間処理の結果を用いて、実施の形態1と同様の処理を行う。
以上のように構成することにより、サブフレーム中のリファレンス信号の割合が増加するため、データ伝送効率が低下するものの、次のような効果を得る。すなわち、リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、周波数方向に補間処理を行うことなく、チャネル推定値を算出する。このため、チャネル推定の精度が向上する。
(実施の形態4)
実施の形態4は、無線送信装置においてデータ信号部よりも送信電力を大きいリファレンス信号を送信する場合のものである。
図11は、実施の形態4における無線送信装置100Bの構成例を示す図である。
図11の無線送信装置100Bは、図1の実施の形態1における無線送信装置100に、電力制御部112および2つの乗算部110、111をさらに有する。その他の無線送信装置の構成は、実施の形態1における無線送信装置と同様の構成である。そこで、以下、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
電力制御部112は、OFDMシンボルに含まれるリファレンス信号の送信電力を可変するための重み係数を各乗算部110、111に出力する。
各乗算部110、111は、電力制御部112の出力である重み係数と、リファレンス信号生成部101の出力であるリファレンス信号とを乗算して、対応する各リファレンス信号多重部102、103に出力する。以降、各リファレンス信号多重部102、103が、各乗算部110、111の出力に基づいて、実施の形態1の場合と同様に、リファレンス信号を多重化して各OFDM変調部104、105に出力する。なお、本実施の形態では、各リファレンス信号多重部102、103は、リファレンス信号を多重化する場合、重み係数(例えばβ)および当該リファレンス信号の位置(OFDMシンボルの位置)を含む電力情報を制御情報に挿入する。
このように構成することにより、以降、各送信アンテナ108、109から、データ信号部よりも送信電力の大きいリファレンス信号が空中に放射される。
ここで、上記重み係数は、リファレンス信号の送信電力がデータ信号部(あるサブフレームにおいてリファレンス信号を含む最後のOFDMシンボル)よりも大きな電力となるような係数(例えばβ倍、1<β)である。これにより、無線受信装置において、リファレンス信号を受信する可能性が大きくなる。
図12は、実施の形態4における無線受信装置200Cの構成例を示す図である。
図12の無線受信装置200Cは、図3の実施の形態1における無線受信装置200に、電力情報抽出部212をさらに有する。その他の無線受信装置の構成は、実施の形態1における無線受信装置と同様の構成である。そこで、以下、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
電力情報抽出部212は、図11の無線送信装置100B(各送信アンテナ108、109)から送信されるデータ系列に付加された制御情報から、上記電力情報を抽出する。なお、電力情報は、重み係数(例えばβ)およびリファレンス信号の位置を含んで構成されている。
周波数方向補間部2082は、電力情報抽出部212から得られた電力情報(重み係数(β)、リファレンス信号の位置)に基づき、当該リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、リファレンス信号が送信されているサブキャリアに対するチャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出する。この算出式を式(7)に表す。
Figure 2008160822
式(7)中、nはNr以下の自然数、mはNt以下の自然数、jはリファレンス信号を含むOFDMシンボル番号をそれぞれ表す。Gjm(s)は、第j番目のOFDMシンボルについて、第m番目の送信アンテナから送信されるリファレンス信号の第s番目のサブキャリア番号を表す。sはNg(j、m)個以下の自然数とする。
そして、周波数方向補間部2082は、式(7)のhnm(j、Gjm(s))を基に、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向にチャネル推定値の補間処理を行う(この補間処理は特許文献1に記載の方法を参照)。
以上のように構成することにより、実施の形態1の効果を奏するほか、リファレンス信号の送信電力を大きくでき、チャネル推定の精度を高めることが可能となる。よって、受信品質の改善を図ることができる。
具体的には、無線送信装置100Bの電力制御部112が、リファレンス信号の送信電力をデータ信号部よりも大きくなるように重み係数(β倍)を出力する。これにより、リファレンス信号の送信電力が大きくなり、チャネル推定の精度が高まる。
[他の送信電力の制御方法]
なお、電力制御部112は、次の第1ないし第4の制御方法を用いて、リファレンス信号の送信電力を制御するようにしてもよい。
第1の制御方法の場合、電力制御部112は、サブフレームについて、リファレンス信号を含む最後のOFDMシンボルの送信電力が他のOFDMシンボルよりも大きくなるように制御してもよい(最後のOFDMシンボルの重み係数をβとする)。この場合、無線受信装置200Cにおいて、外挿補間により得られるOFDMシンボルのチャネル推定の精度を向上させることができる。
第2の制御方法の場合、電力制御部112は、ユーザ個人のデータについて、その最後のサブフレーム中、リファレンス信号を含む最後のOFDMシンボルの送信電力が他のOFDMシンボルよりも大きくなるように制御してもよい(最後のOFDMシンボルの重み係数をβ倍とする)。この場合も、外挿補間により得られるOFDMシンボルのチャネル推定の精度を向上させることが可能となる。
さらに、第2の制御方法の場合、第1の制御方法と異なり、最小限のOFDMシンボルに対してリファレンス信号の送信電力を増加させる。このため、データ系列中のデータ信号部の送信電力の配分が低くなることを防止することができる。よって、データの送信効率の低下を抑えることができる。
第3の制御方法の場合、無線送信装置100Bの電力制御部112は、無線受信装置200Cにおける回線変動の状況(式(3)、式(4)参照)に応じて、リファレンス信号の送信電力を制御する。この場合、無線受信装置200Cは、回線変動状況検出部2081の検出結果を無線送信装置100B(電力制御部112)に送信するフィードバック部(検出結果送信部:不図示)をさらに有する。
そして、無線送信装置100B(電力制御部112)は、その検出結果に応じて、上記送信電力を制御する。例えば、検出結果に示された回線変動が所定値よりも大きい場合のみ、無線送信装置100B(電力制御部112)は、リファレンス信号の送信電力をデータ信号部よりも大きくなるように重み係数(β倍)を出力する。
これにより、回線変動が所定値より大きい場合は、リファレンス信号の送信電力が増加する。このため、特に、外挿補間により得られるOFDMシンボルのチャネル推定の精度を高めることができる。
他方、回線変動が所定値より小さい場合は、リファレンス信号の送信電力が増加しないので、実施の形態1と同様の効果(特性改善効果)を得ることができる。
第4の制御方法の場合(TDD(Time Division Duplex)伝送の場合)、無線送信装置100Bは、第3の制御方法の場合と異なり、リバースリンク(無線送信装置100Bから無線受信装置200Cへの送信方向と、逆方向の無線リンク)からの受信信号に基づくフェージング変動状況を検出するフェージング変動状況検出部(不図示)をさらに有する。
このように構成しても、伝搬路の相対性を利用することにより、無線送信装置100Bのフェージング変動状況検出部(不図示)において、無線受信装置200C(受信側)におけるフェージング変動状況(回線変動)を検出することが可能となる。このため、無線送信装置100B(電力制御部112)は、そのフェージング変動状況に応じて、リファレンス信号の送信電力を制御する。このようにしても、第3の制御方法の場合と同様の効果を得る。
[さらに別の送信電力の制御方法]
なお、上述した本実施の形態では、無線送信装置100Bにおいてデータ信号部よりも、送信電力の大きいリファレンス信号を送信する場合、図13に示すように、データ信号部の送信電力を変化させずに、リファレンス信号の送信電力を増加して送信する方法について説明した(以下「方法(1)」という)。方法(1)では、リファレンス信号の送信電力増大を行う帯域は、通信運用帯域中の全帯域(OFDMでデータ伝送に用いる全サブキャリア)を用いる。この場合、リファレンス信号を含むOFDMシンボルの送信電力は、リファレンス信号を含まないOFDMシンボルよりも増加することになる。
なお、方法(1)において、OFDMシンボル内に含まれるサブキャリア信号の送信電力の総和がほぼ一定になるように、データ信号部とリファレンス信号の送信電力配分を可変するようにしてもよい。すなわち、「リファレンス信号として割り当てられた総てのサブキャリア信号の総送信電力」に、「リファレンス信号以外が割り当てられた全てのサブキャリア信号の総送信電力」を加えた送信電力がサブフレーム内においてほぼ一定となるように送信する。
図14は、OFDMシンボル内に含まれるサブキャリア信号の送信電力の総和がほぼ一定になるように、データ信号部とリファレンス信号の送信電力配分を可変した場合のリファレンス信号とデータ信号部の送信電力の関係の一例を示す。図14から分かるように、総送信電力がサブフレーム内において一定となるようにしたので、データ信号部の送信電力は低下するものの、後述するように、送信電力が低下するデータ信号部に、受信品質の劣化が小さい信号を挿入することで、その影響を低減することができる。
方法(1)とは別な方法として、図15に示すように、全帯域から一部を選定した部分的な帯域(以下、「サブバンド」と呼び、OFDMでデータ伝送に用いるすべてのサブキャリアのうちの一部を対象とする。)に限定して、リファレンス信号の送信電力を増加して送信を行う方法を適用することも可能である(以下「方法(2)」という)。
なお、サブバンドに限定してリファレンス信号の送信電力を増加して送信する場合(方法(2))、図16に示すように、OFDMシンボル内に含まれるサブキャリア信号の送信電力の総和がほぼ一定になるように、データ信号部とリファレンス信号の送信電力配分を可変するようにしてもよい。図16から分かるように、この場合、リファレンス信号の送信電力の増加時に、データ信号部の送信電力は低下する関係となるものの、送信電力が低下するデータ信号部に、受信品質の劣化が小さい信号を挿入することで、その影響を低減することができる。
このように、リファレンス信号の送信電力増大を行う帯域を、通信運用帯域中の全帯域(方法(1))、あるいは、全帯域から一部を選定した部分的な帯域(サブバンド)に限定(方法(2))して送信を行う方法がある。
以下では、リファレンス信号の送信電力増大を行う帯域をサブバンドに限定し(方法(2))、さらに、総送信電力をサブフレーム内で一定とする場合について、図16を用いて補足説明をする。
図16は、サブバンドに限定して送信を行う場合に、間欠的に配置されたリファレンス信号と、データ信号の送信信号レベルを示す。図16に示す例では、特定のサブバンドに限定して、複数の送信電力を高めたリファレンス信号が割り当てられる。また、それらの送信電力を高めたリファレンス信号のサブキャリアで挟まれる、データ信号が割り当てられている複数のサブキャリア(リファレンス信号送信電力増大部分帯域)のみ他のデータ信号に対して、送信電力を一定の割合で低減する。これにより、「リファレンス信号として割り当てられた総てのサブキャリア信号の総送信電力」に、「リファレンス信号以外が割り当てられた全てのサブキャリア信号の総送信電力」を加えた送信電力がサブフレーム内において一定となる関係を満たすように送信できる。
このような送信方法により、送信電力が一定の割合で低減されたデータ信号部に対するチャネル推定値を、複数の送信電力を高めたリファレンス信号が割り当てられたサブバンドのみを取り出した上で、内挿補間し、さらに、リファレンス信号送信電力オフセット量を用いて、オフセット量を考慮した係数を乗算することで、算出することができる。チャネル推定値の算出方法の詳細については、後述する。これにより、チャネル推定精度の向上が図れるとともに、リファレンス信号のサブキャリアで挟まれるサブキャリアの送信電力が一定の割合で低減あるいは増減されるので、チャネル推定部の構成を簡易化することができる。また、チャネル推定精度の向上により、受信特性の改善を図ることができる。
なお、リファレンス信号の送信電力増大をサブバンドに限定して送信を行う場合(方法(2))、さらに以下の2つのサブバンド限定方法(a)、サブバンド限定方法(b)を適用することができる。
[サブバンド限定方法(a)]
リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドを、通信運用帯域中の特定のサブバンドに固定的に割当てる。これにより、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドが固定的となるため、無線送信装置から無線受信装置には、リファレンス信号の送信電力に関する情報のみを通知するだけでよく、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブキャリアの位置の情報に関する通知が不要になる。なお、リファレンス信号の送信電力を適応的に可変する場合には、リファレンス信号の送信電力が変動する度に、あるいは定期的(サブフレーム、あるいは、フレーム周期毎)に、送信電力に関する情報を通知する。
また、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドに、セルエッジにある無線受信装置を優先的に割り当てる周波数リソース割当を行っても良い。これにより、チャネル推定精度に特に課題を生じるセルエッジにある無線受信装置におけるチャネル推定値を改善し、受信品質の改善を図ることができる。
[サブバンド限定方法(b)]
リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドを、通信運用帯域中のサブバンドに動的に割当てる。この場合、特定の条件を満たす無線受信装置が割り当てられるサブバンドに含まれるリファレンス信号に対し、送信電力の増大を行う送信電力制御を行っても良い。ここで、特定の条件としては、例えば、セルエッジなど特に受信電力(受信品質)が低下する無線受信装置を選定する。これにより特定の条件を満たす無線受信装置におけるチャネル推定値の推定精度を改善し、受信品質の改善を図ることができる。
なお、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドが変動する度に、あるいは定期的(サブフレーム、あるいは、フレーム周期毎)に、リファレンス信号の送信電力に関する情報を、無線送信装置から無線受信装置に通知する。サブバンド限定方法(b)では、サブバンド限定方法(a)に比べて、通知する情報量が増加するものの、通信エリア内の、特定の条件を満たす無線受信装置の多寡に応じた、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドの設定を柔軟にできるという効果が得られる。
なお、この場合、周波数方向に間欠的に挿入されているリファレンス信号の送信電力を高めことで、同一OFDMシンボル内におけるリファレンス信号以外のサブキャリア信号の送信電力は低減することとなる。しかし、リファレンス信号以外の信号は、送信電力を低減しても受信品質の劣化が小さい信号を挿入することで、その影響を低減することができる。以下、図17を用いて説明する。
図17に、本実施の形態における多重化信号のフレーム構成の一例を示す。図中のデータ信号部Bには、低いSNRでも受信品質を確保できる低いMCSを用いて変調された信号(低変調指数、低符号化率を用いて変調された信号)を用いる。低いMCSで変調される信号として、個別制御信号、共有制御信号、報知信号がある。あるいは低いMCSで変調されるセルエッジにある無線受信装置へのデータ信号を用いても良い。図17において、データ信号部Aは、従来どおりの方法により、MCSを設定してデータ信号を送信する。このように、同一のOFDMシンボルにおいて、リファレンス信号以外のサブキャリア信号を、低いSNRでも受信品質が確保できる低いMCSを用いて変調された信号とすることで、リファレンス信号以外のサブキャリア信号の送信電力が低減することによる受信品質の劣化の影響を低減することができる。
上述したサブバンド限定方法(a)、(b)は、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドに、セルエッジの無線受信装置を割り当て、低いMCSのデータ信号を送る場合に有効であり、これらの方法によりデータ信号の受信品質の劣化を低減することができる効果が得られる。
また、以上の方法を用いる場合、各OFDMシンボルの平均送信電力が一定となるようにすることで、無線送信装置が最大送信電力で送信している場合にも適用することができる。
以下、方法(2)を適用する無線送信装置の構成、及び無線受信装置の構成について説明する。
[無線送信装置の構成]
図18は、リファレンス信号の送信電力増大をサブバンドに限定して送信する(方法(2))無線送信装置100Cの構成を示す図である。図18の無線送信装置100Cは、図11で示した無線送信装置100Bに、周波数リソース割当制御部120、周波数リソース割当部121、及びデータ信号に対する乗算部123、124をさらに有する。その他の無線送信装置100Cの構成は、無線送信装置100Bと同様の構成である。そこで、以下、無線送信装置100Bと異なる部分を中心に説明する。
周波数リソース割当制御部120は、無線受信装置から通知される受信品質情報(SIR、SINRなどの情報)を用いて、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドに、セルエッジにあるような受信品質低い(低SIRである)無線受信装置を優先的に割り当てる周波数リソース割当を行う。ここで、リファレンス信号の送信電力の増大を行うサブバンドは、予め固定的に設定するようにしておいてもよいし(サブバンド限定方法(a))、あるいは無線受信装置に対する周波数リソース割当状況に応じて、動的に設定を変更するようにしてもよい(サブバンド限定方法(b))。
周波数リソース割当部121は、異なる無線受信装置へ送信するデータを含むデータ信号に対し、周波数リソース割当制御部120から出力される周波数リソース割当情報を基に、異なる無線受信装置のデータ信号を指定の周波数リソースに含まれるサブキャリアに割り当てる。
電力制御部112aは、OFDMシンボルに含まれるリファレンス信号の送信電力を可変するための重み係数(例えばβ)を各乗算部110、111に出力する。また、さらに、OFDMシンボルに含まれるリファレンス信号以外の信号(データ信号、あるいは制御信号)の送信電力を可変するための重み係数(例えばα)を各乗算部123、124に出力する。本実施の形態では、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドに含まれるリファレンス信号に対して、1以上の重み係数(β≧1)が乗算される。また、リファレンス信号の送信電力増大を行うサブバンドに含まれるリファレンス信号以外の信号に対して、1以下の重み係数(α≦1)が乗算される。なお、先に示した図13〜図16のLpは、リファレンス信号送信電力オフセット量を示し、電力情報(α、β)とは、Lp=β/αの関係がある。電力制御部112aは、電力制御情報を、制御情報生成部122に出力する。
制御情報生成部122は、電力制御情報を含めた制御情報を基にして、制御信号を生成する。例えば、各リファレンス信号多重部102、103が、リファレンス信号を多重する場合、制御情報生成部122は、リファレンス信号送信電力オフセット量Lpに関する電力情報(α、β)および当該リファレンス信号の位置(OFDMシンボルの位置)を含むリファレンス信号電力情報を制御情報として、制御信号を生成する。リファレンス信号電力情報に含まれる送信電力情報には、データ信号部の送信電力を基準としたオフセット量を用いる。例えば、データ信号部の送信電力を下げる場合は、送信電力のデータ信号部を基準とした送信電力のオフセット値を、送信電力情報に用いる。これにより、受信側では、リファレンス信号の受信結果を基に、データ信号部の送信電力のオフセット量を見積もることができ、リファレンス信号とデータ信号部との送信電力を可変している場合でも、リファレンス信号電力情報に含まれる送信電力情報を用いて、データ信号を劣化させることなく復調を行うことができる。
各乗算部110、111は、電力制御部112aの出力である重み係数βと、リファレンス信号生成部101の出力であるリファレンス信号とを乗算して、対応する各リファレンス信号多重部102、103に出力する。また、同様に各乗算部123、124は、電力制御部112aの出力である重み係数αと、周波数リソース割当部121の出力信号とを乗算して、対応する各リファレンス信号多重部102、103に出力する。
以降、各リファレンス信号多重部102、103が、各乗算部110、111及び各乗算部123、124の出力に基づいて、リファレンス信号及びリファレンス信号以外の信号(データ信号d1、制御信号d3)を多重化して各OFDM変調部104、105に出力する。
このようにして、各リファレンス信号多重部102、103は、リファレンス信号送信電力オフセット量Lpに関する電力情報(α、β)についての制御情報を含む制御信号と、データ信号が含まれる信号に更に、リファレンス信号を多重する。
なお、サブバンド限定方法(a)を用いて、送信電力を高めたリファレンス信号を送信する際には、以下のような方法を用いることにより、電力制御情報として通知する情報量を低減することができる。具体的には、送信電力を高めたリファレンス信号のサブキャリアで挟まれる、データ信号が割り当てられている複数のサブキャリア(リファレンス信号送信電力増大部分帯域)のみ、送信電力を一定の割合で低減することで、送信電力を高めたリファレンス信号のサブキャリア数に対する、リファレンス信号以外の送信電力が低減された信号(データ信号、制御信号)のサブキャリア数を一意に関係付けることができる。すなわち、式(8)に示すようにβを決めるとαが決定する関係となるので、電力制御情報として通知する情報量を低減することができるようになる。
Figure 2008160822
なお、式(8)において、NPRSは、リファレンス信号送信電力増大部分帯域におけるリファレンス信号が割り当てられているサブキャリア数を示し、NDSは、リファレンス信号のサブキャリア方向における挿入間隔である。リファレンス信号送信電力増大部分帯域が固定の場合、NPRSは既知の一定値であり、NDSは既知の一定値である。
また、サブバンド限定方法(a)を用いる場合には、リファレンス信号以外の送信電力が低減された信号の位置に関する情報の通知が不要となるので、データ伝送時の効率低下を抑えることができる。
なお、重み係数を変更せずに予め既知の重み係数により送信する場合は、さらに、電力制御情報(α、β)の通知を不要にすることができる。
サブバンド限定方法(b)を用い、無線受信装置に対する周波数リソース割当状況に応じて、送信電力を高めたリファレンス信号を付加するサブバンドを動的に設定変更する場合には、周波数リソース割当制御部120は、送信電力を高めたリファレンス信号が含まれるサブバンド情報を、制御情報生成部122に出力する。
制御情報生成部122は、電力制御情報及び送信電力を高めたリファレンス信号が含まれるサブバンド情報を含む制御情報を基にして、制御信号を生成する。また、送信電力を可変するリファレンス信号の位置に関する情報は、帯域を可変に割り当てても良いし、予め帯域をN分割して、その分割帯域の番号を送信することでもよい。後者の場合、帯域の分割が固定化されてしまうものの、リファレンス信号電力情報に含まれるリファレンス位置に関する制御情報の情報量を低減することができる。また、送信電力を高める分割帯域を予め固定的に設定することで、分割帯域番号の送付を不要にすることができる。あるいは、送信電力を高める送信を実行するか、送信電力を高める送信を実行しないかの、1ビットの情報を用いて送信することができる。
このように構成することにより、以降、各送信アンテナ108、109から、データ信号部よりも送信電力の大きいリファレンス信号が空中に放射される。
[無線受信装置]
次に、無線受信装置の構成を示す。図19は、図18の無線送信装置100Cに対する無線受信装置200Dの構成例を示す図である。
図19の無線受信装置200Dは、図10における無線受信装置200Bに、電力情報抽出部212、送信電力オフセット補償部213をさらに有する。その他の無線受信装置の構成は、実施の形態1における無線受信装置と同様の構成である。そこで、以下、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
電力情報抽出部212は、図18の無線送信装置100Cから送信されるデータ系列に付加された制御情報から、上記送信電力情報及び、送信電力を高めたリファレンス信号を含むサブバンド情報を抽出する。なお、送信電力情報は、(α、β)あるいは、リファレンス信号送信電力オフセット量Lpの情報を含む。
周波数方向補間部2082は、電力情報抽出部212から得られた送信電力情報(α、β)に基づき、当該リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、送信電力を増大したリファレンス信号が送信されているサブキャリアに対しては、式(9)を用いて、送信電力の増分を考慮して、チャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出する。
Figure 2008160822
式(9)中、nはNr以下の自然数、mはNt以下の自然数、jはリファレンス信号を含むOFDMシンボル番号をそれぞれ表す。Gjm(s)は、第j番目のOFDMシンボルについて、第m番目の送信アンテナから送信される送信電力を増大したリファレンス信号の第s番目のサブキャリア番号を表す。sは、送信電力を増大したリファレンス信号のサブキャリア数Np(j、m)個以下の自然数とする。
なお、サブバンド限定方法(b)のように、無線受信装置に対する周波数リソース割当状況に応じて、リファレンス信号の送信電力を増大するサブキャリア割当を動的に変更する場合、送信電力を増大するリファレンス信号が送信されているサブキャリアが変動する。そのため、電力情報抽出部212から得られた送信電力情報(α(s)、β(s))は、サブキャリア番号sに依存して変化する。そこで、周波数方向補間部2082は、式(10)を用いて、リファレンス信号を含むサブキャリアに対するチャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出し、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向にチャネル推定値の補間処理を行う。以降、チャネル推定部208は、実施の形態1と同様な動作を行い、チャネル推定値を算出して出力する。
Figure 2008160822
送信電力オフセット補償部213は、信号分離部209の出力に対し、リファレンス信号送信電力増大部分帯域に含まれる、リファレンス信号以外の送信電力が変更された信号(データ信号、制御信号)に対するオフセットを補償する。このオフセットは、チャネル推定部208の出力であるチャネル推定値に、上記のデータ信号、制御信号における送信電力変化分が考慮されていないことにより生じるものである。すなわち、送信電力オフセット補償部213は、電力制御情報αに基づき、信号分離部209から出力される信号のうち、リファレンス信号送信電力増大部分帯域に含まれるサブキャリア信号に対し、オフセット量(α)1/2を乗算する。
なお、サブバンド限定方法(b)を用いる場合、無線受信装置に対する周波数リソース割当状況に応じて、送信電力を増大したリファレンス信号のサブバンドが動的に変更し、送信電力を増大したリファレンス信号が送信されているサブキャリアが変動するので、電力情報抽出部212が、制御信号から抽出した、送信電力を高めたリファレンス信号が含まれるサブバンド情報を用いて、送信電力オフセット補償部213の上記の動作を行う。
このように構成することにより、無線送信装置100Cの各送信アンテナ108、109から、データ信号部よりも送信電力の大きいリファレンス信号が空中に放射される。ここで、上記重み係数は、リファレンス信号の送信電力がデータ信号部(あるサブフレームにおいてリファレンス信号を含む最後のOFDMシンボル)よりも大きな電力となるような係数(例えばβ倍、1<β)とする。これにより、無線受信装置200Dにおいて、リファレンス信号の受信品質(SNR、SINR)を良好にすることができる。
また、全ての通信運用帯域ではなく、一部のサブバンドに対し、リファレンス信号の送信電力を高める場合、図16に示すように、送信電力を可変したデータ信号のその両側に対し、送信電力を高めたリファレンス信号を配置するように送信する。このように配置することで、送信電力を高めたリファレンス信号のチャネル推定値を用いて、その推定結果を内挿補間することで、送信電力が低下した部分のチャネル推定値を、内挿補間により推定することができる。
これに対し、送信電力を可変したデータ信号のその両側に対し、送信電力を高めたリファレンス信号を配置しない場合、例えば、片側が送信電力を高めたリファレンス信号で、もう片側が送信電力を高めていないリファレンス信号に挟まれたデータ信号に対しては、1)送信電力を高めたリファレンス信号に基づき外挿補間によりチャネル推定値を算出するか、2)送信電力を高めたリファレンス信号と、送信電力を高めていないリファレンス信号間での内挿補間によりチャネル推定値を算出することになるため、補間によるチャネル推定精度が不十分となってしまう。具体的には、1)の場合は、外挿補間により推定精度が劣化し、2)の場合は、送信電力を高めていないリファレンス信号に付加される雑音成分の影響により推定精度が劣化してしまう。なお、この場合には、チャネル推定部208における周波数方向補間部2082において周波数方向の補間処理として、次のような方法を用いるようにしても良い。すなわち、送信電力を高めたリファレンス信号を含むサブバンド単位で、周波数方向の補間処理を帯域単位で補間する方法を用いてもよい。これにより、送信電力を高めたリファレンス信号のチャネル推定値を用いて、その推定結果をサブバンド単位で、内挿補間することができるので、チャネル推定精度を高めることができる。
なお、本実施の形態を複数のセルを構成するセルラーシステムに適用する場合、セル間干渉を考慮する必要がある。この場合、以下の手法を適用することにより、セル間干渉の影響を低減し、システムのスループットの改善を図ることができる。
具体的には、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドをセル間で共通にし、サブバンド内でリファレンス信号を挿入する周波数サブキャリア位置、あるいはまた時間的なOFDMシンボル位置をセル毎に変化させることで、異なるセル間でリファレンス信号が送信されるサブキャリア位置又は時間が一致しないようにする。あるいは、サブバンド内外を含めて、セル毎にリファレンス信号の周波数サブキャリア挿入位置や時間的なOFDMシンボル位置をずらした上で、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドをセル間で共通にする。
また、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドにおけるデータ信号を低MCSの変調信号とするようにしてもよい。このようにすることで、隣接するセル間で、リファレンス信号の周波数サブキャリアの挿入位置や時間的なOFDMシンボル位置が異なる配置となるため、送信電力を高めたリファレンス信号間の干渉を低減することができる。一方で、送信電力を高めたリファレンス信号と、データ信号との干渉が課題となるが、他セルからの干渉信号増大によりSINRが劣化しても、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドにおけるデータ信号を低MCSの変調信号とし、受信特性への影響が比較的小さい低MCSの変調信号を送信することで、干渉信号に対する耐性を向上させることができる。
また、別な方法として、以下のような方法が考えられる。例えば、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドをセル間で異なるように配置する。あるいは、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドをセル間で共通にし、サブバンド内でリファレンス信号を挿入する周波数位置(サブキャリア)をセル毎に変化させることで、リファレンス信号が送信される周波数位置が一致しないようにする。あるいは、サブバンド内外を含めて、セル毎にリファレンス信号の周波数サブキャリアの挿入位置をずらした上で、リファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドをセル間で共通にする。また、隣接セルでリファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドと重複する自セルのサブバンドでは、データ信号を低MCSの変調信号とする。
このようにすることで、隣接するセル間で、リファレンス信号の周波数サブキャリアの挿入位置が異なる配置となるので、送信電力を高めたリファレンス信号間の干渉を低減することができる。一方で、送信電力を高めたリファレンス信号と、データ信号との干渉が課題となるが、隣接セルでリファレンス信号の送信電力を増大するサブバンドでは、受信特性への影響が比較的小さい低MCSの変調信号を送信することで、他セルからの干渉信号増大によりSINRが劣化した場合においても、干渉信号に対する耐性を向上させることができる。
(実施の形態5)
実施の形態5は、OFDMシンボルにおけるリファレンス信号の位置を可変させる場合のものである。
図20は、実施の形態5における無線送信装置100Dの構成例を示す図である。
図20の無線送信装置100Dは、図1の実施の形態1における無線送信装置100に、送信位置制御部130をさらに有する。その他の無線送信装置の構成は、実施の形態1における無線送信装置と同様の構成である。そこで、以下、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
送信位置制御部130は、リファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、送信リファレンス信号の送信位置を示す位置情報(制御信号)を各リファレンス信号多重部102、103に出力する。
位置情報は、あらかじめ、無線受信装置200C(回線変動状況検出部2081:図21参照)における回線変動の状況(式(3)、式(4)参照)と対応付けられている。具体的には、回線変動の状況(式(3)、式(4)参照)を示す所定値(あらかじめ設定されたもの)と、データ系列中の送信位置(例えば、図2のNf個目など)とが対応付けられている。
なお、このような対応付けは、例えば、送信位置制御部130内部のテーブル(メモリ)を用いて行われている。これにより、例えば、送信位置制御部130が、無線受信装置(フィードバック部214:図21参照)から、回線変動状況検出部2081(図21参照)の検出結果を示す回線変動の状況(式(3)、式(4)参照)を入力し、当該回線変動の状況が低速(あらかじめ設定された所定値)を示すときは、送信位置制御部130は、低速に対応付けられたNf番目(図2参照)の位置情報を出力する。
あるいは、回線変動の状況が中速・高速(あらかじめ設定された所定値)を示すときは、送信位置制御部130は、例えば、中速・高速に対応付けられたi番目〜Nf番目(図2参照)のうちのいずれかを示す位置情報を出力する。
各リファレンス信号多重部102、103は、送信位置制御部130から位置情報を入力する。そして、各リファレンス信号多重部102、103は、この位置情報に示された送信位置(時間的に変化)にリファレンス信号を配置して多重化して各OFDM変調部104、105に出力する。このとき、位置情報は、データ系列中の制御情報に含められる。
例えば、複数のサブフレームが特定のユーザ用端末に対して送信される場合、各リファレンス信号多重部は、その送信対象となる最後のサブフレームに含まれるリファレンス信号を、そのサブフレームの最後に位置するOFDMシンボルの位置に設定する。その他の多重化信号の構成は、図2に示したとおりである。
各OFDM変調部104、105は、対応する各リファレンス信号多重部102、103の出力信号(多重化信号)に基づいて、実施の形態1と同様の処理を行う。その後、各OFDM変調部104、105、各送信部106、107および各送信アンテナ108、109は、実施の形態1と同様の処理を行い、位置情報を含むデータ系列が、各送信アンテナ108、109から空中に放射される。これにより、無線受信装置200Eが、位置情報を含むデータ系列を受信する。
図21は、実施の形態5における無線受信装置200Eの構成例を示す図である。
図21の無線受信装置200Eは、図3の実施の形態1における無線受信装置200に、位置情報抽出部215およびフィードバック部214をさらに有する。その他の無線受信装置の構成は、実施の形態1における無線送信装置と同様の構成である。そこで、以下、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
位置情報抽出部215は、各OFDM復調部205、206から、位置情報を含むデータ系列を入力する。そして、位置情報抽出部215は、データ系列から、位置情報を抽出して周波数方向補間部2082に出力する。
周波数方向補間部2082は、位置情報抽出部215から得られた位置情報に示されたリファレンス信号を含むOFDMシンボルについて、リファレンス信号が送信されているサブキャリアに対するチャネル推定値hnm(j、Gjm(s))を算出する。この算出式は、式(2)のとおりである。そして、周波数方向補間部2082は、hnm(j、Gjm(s))を基に、リファレンス信号を含まないサブキャリアに対し、周波数方向にチャネル推定値の補間処理(この補間処理は特許文献1に記載の処理を参照)を行う。
フィードバック部214は、回線変動状況検出部2081の検出結果を取得し、その検出結果に示された回線変動の状況(式(3)、式(4)参照)を空中に放射する。これにより、無線送信装置100D(送信位置制御部130:図20参照)が、回線変動の状況を取得し、当該状況に応じて、リファレンス信号の送信位置を制御する。
例えば、無線送信装置100D(送信位置制御部130)は、回線変動(式(3)、式(4)参照)が小さければ小さいほど、サブフレームの最後に位置するリファレンス信号を含むOFDMシンボルの位置を時間方向に遅らせて多重化するように、リファレンス信号の位置情報を設定する。
以上のように実施の形態5によると、無線送信装置100Dの送信位置制御部130が、無線受信装置200E(フィードバック部214)からの回線変動(式(3)、式(4)参照)に応じて、リファレンス信号の位置情報を制御する。このため、実施の形態1の効果のほか、次のような効果も得る。
例えば、複数のサブフレームが特定のユーザ用端末に対して送信される場合、送信対象となるサブフレームの最後に位置するサブフレームに含まれるリファレンス信号の位置を、サブフレームの最後(または時間方向に遅れる方向の位置)に位置するOFDMシンボルに設定される(その他のフレームは図2のとおり)。
これにより、実施の形態1の場合と同様、サブフレーム内の最後に位置するリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果を基に算出されたチャネル推定値と、後続する次のサブフレームの最初に位置するリファレンス信号を含むOFDMシンボルの受信結果を基に算出されたチャネル推定値との間に存在するOFDMシンボルのチャネル推定が、内挿補間により得られる。
さらに、特定ユーザ向けの複数のサブフレーム中、最後に位置するOFDMシンボルに対しては、リファレンス信号の位置が、サブフレームの最後(または時間方向に遅れる方向の位置)のOFDMシンボルに設定される。このため、外挿補間によりチャネル推定値を得ずに(または外挿補間の対象区間OFDMシンボル期間を減らすことで)、チャネル推定の特性の劣化を抑えることができる。その結果、受信品質の改善を図ることができる。
また、例えば、無線送信装置100D(送信位置制御部130)が、無線受信装置200E(フィードバック部214)から回線変動(式(3)、式(4)参照)を取得し、その回線変動が小さいほど、サブフレームの最後に位置するリファレンス信号を含むOFDMシンボルの位置を時間方向に遅らすように位置情報を出力する。
これにより、伝搬路の変動が比較的小さい場合は、内挿補間により得られるチャネル推定値のOFDMシンボル区間が長くなる。つまり、外挿補間により得られるチャネル推定値のシンボル区間が短くなる。よって、チャネル推定の精度が劣化することを抑えることができる。よって、受信品質の改善を図ることができる。
本発明の無線受信装置、無線送信装置、無線受信方法、及び、無線送信方法は、特に、リファレンス信号を用いてチャネル推定を行う空間多重伝送における無線受信装置、無線送信装置、無線受信方法、及び、無線送信方法に有用である。
本発明の実施の形態1における無線送信装置の構成例を示す図 リファレンス信号多重部の多重化信号のフレーム構成例を示す図 実施の形態1における無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態1におけるシミュレーション結果を示す図 実施の形態1における他のシミュレーション結果を示す図 実施の形態1における無線送信装置の他の構成例を示す図 リファレンス信号多重部の多重化信号の他のフレーム構成を示す図 実施の形態1における無線受信装置の他の構成例を示す図 本発明の実施の形態2における無線受信装置のチャネル推定部の構成例を示す図 本発明の実施の形態3における多重化信号のフレーム構成を示す図 実施の形態3における無線受信装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態4における無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態4における無線受信装置の構成例を示す図 実施の形態4における方法(1)によりリファレンス信号の送信電力を増加した場合の送信電力の一例を示す図 実施の形態4における方法(1)によりリファレンス信号の送信電力を増加した場合の送信電力の別の一例を示す図 実施の形態4における方法(2)によりリファレンス信号の送信電力を増加した場合の送信電力の一例を示す図 実施の形態4における方法(2)によりリファレンス信号の送信電力を増加した場合の送信電力の別の一例を示す図 リファレンス信号多重部の多重化信号の他のフレーム構成を示す図 実施の形態4における方法(2)による無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態4における方法(2)による無線受信装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態5における無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態5における無線受信装置の構成例を示す図
符号の説明
100、100A、100B、100C、100D 無線送信装置
101 リファレンス信号生成部
102、103 リファレンス信号多重部
104、105 OFDM変調部
106、107 送信部
108、109 送信アンテナ
112 電力制御部
120 周波数リソース割当制御部
121 周波数リソース割当部
122 制御情報生成部
130 送信位置制御部
200、200A、200B、200C、200D、200E 無線受信装置
201、202 受信アンテナ
203、204 受信部
205、206 OFDM復調部
207 リファレンス信号抽出部
208、208A チャネル推定部
209 信号分離部
210 復号処理部
211 回線補償部
212 電力情報抽出部
213 送信電力オフセット補償部
214 フィードバック部
215 位置情報抽出部
2081 回線変動状況検出部
2082 周波数方向補間部
2083 内挿補間部
2084 外挿補間部
2085 出力置換部
2086 位相成分分離部
2087 振幅成分分離部
2088 第1の内挿補間部
2089 第1の外挿補間部
2090 第2の内挿補間部
2091 第2の外挿補間部
2092 内挿補間合成部
2093 外挿補間合成部
2094 仮推定値算出部

Claims (22)

  1. 空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列を受信する受信部と、
    前記受信されたデータ系列中の前記リファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、前記変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力するチャネル推定部と、
    前記内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、前記データ系列の復調復号処理を行う復調復号処理部と、
    を含む無線受信装置。
  2. 前記チャネル推定部は、
    前記内挿補間により第1のチャネル推定値を推定する内挿補間部と、
    前記外挿補間により第2のチャネル推定値を推定する外挿補間部と、
    前記変動状況に基づいて、前記第1のチャネル推定値または前記第2のチャネル推定値を選択して出力する推定値出力部と、を有する、
    請求項1に記載の無線受信装置。
  3. 前記推定値出力部は、前記変動状況が所定レベルよりも小さい場合、前記第2のチャネル推定値を前記第1のチャネル推定値に置き換えて出力する、
    請求項2に記載の無線受信装置。
  4. 前記チャネル推定部は、前記リファレンス信号から得られるチャネル推定の位相および振幅の成分別に独立して補間処理を行って前記チャネル推定値を得る、
    請求項1に記載の無線受信装置。
  5. 前記チャネル推定部は、
    前記リファレンス信号から得られるチャネル推定の位相成分を分離する位相成分分離部と、
    前記リファレンス信号から得られるチャネル推定の振幅成分を分離する振幅成分分離部と、
    前記位相成分および前記振幅成分に基づいて、前記内挿補間により第1のチャネル推定値を合成する内挿補間合成部と、
    前記位相成分および前記振幅成分に基づいて、前記外挿補間により第2のチャネル推定値を合成する外挿補間合成部と、
    前記変動状況に基づいて、前記第1のチャネル推定値または前記第2のチャネル推定値を出力する推定値出力部と、を有する、
    請求項4に記載の無線受信装置。
  6. 前記データ系列は、前記リファレンス信号と、前記リファレンス信号よりも送信電力が低いデータ信号とを含んで構成されている、
    請求項1または請求項2に記載の無線受信装置。
  7. 前記所定の間隔は、前記変動状況に応じて可変するように設定されている、
    請求項1または請求項2に記載の無線受信装置。
  8. 前記データ系列は、OFDM信号であり、前記リファレンス信号は、前記データ系列の周波数軸方向および時間軸方向に所定の間隔を隔てて前記OFDM信号に挿入されている、
    請求項1乃至請求項7に記載の無線受信装置。
  9. 前記OFDM信号の伝送フォーマットは、所定数のサブキャリアおよび所定数のOFDMシンボルから構成され、時間的に連続して伝送されるサブフレームを最小単位に、複数のユーザに対する個別データを伝送する伝送フォーマットである、
    請求項8に記載の無線受信装置。
  10. 前記内挿補間合成部は、
    異なる前記サブフレームに存在する前記リファレンス信号を用いて、当該リファレンス信号間に存在するOFDMシンボルのチャネル推定値を内挿補間により算出する、
    請求項9に記載の無線受信装置。
  11. 前記所定の間隔は、前記サブフレーム中のリファレンス信号が含まれる最後のOFDMシンボルの挿入位置を、伝搬路の変動が小さい場合、時間方向に遅らせて挿入する、
    請求項9に記載の無線受信装置。
  12. サブフレームが複数のOFDMシンボルから構成される伝送フォーマットを用いる無線送信装置であって、
    空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号を生成する生成部と、
    データ信号をOFDMシンボルのサブキャリアに割り当てる割り当て部と、
    前記リファレンス信号の送信電力が、前記データ信号の送信電力よりも大きくなるように、前記リファレンス信号の送信電力を調整する電力調整部と、
    前記電力調整部により送信電力が調整された前記リファレンス信号を、OFDMシンボルのサブキャリアの周波数軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、又は、時間軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、リファレンス信号多重部と、
    OFDMシンボルのサブキャリアに割り当てられた前記データ信号及び前記リファレンス信号に対しOFDM変調を施し、得られたOFDM変調信号を送信する送信部と、
    を具備する無線送信装置。
  13. 前記所定の間隔は、伝搬路の変動状況に応じて可変するように設定されている、
    請求項12に記載の無線送信装置。
  14. 前記リファレンス信号多重部は、周波数軸方向の特定の領域に、前記リファレンス信号を配置する、
    請求項12に記載の無線送信装置。
  15. 前記周波数軸方向の特定の領域は、セル毎に割り当てられる領域であって、隣接セル毎に異なる、
    請求項14に記載の無線送信装置。
  16. 前記周波数軸方向の特定の領域は、セル毎に割り当てられる領域であって、隣接セルで共通である、
    請求項14に記載の無線送信装置。
  17. 前記周波数軸方向の特定の領域において、前記リファレンス信号よりも送信電力が低い前記データ信号は、2値又は4値の変調数の変調信号を含んで構成される、
    請求項14に記載の無線送信装置。
  18. 前記周波数軸方向の特定の領域内の前記データ信号の送信電力は、前記周波数軸方向の特定の領域外の前記データ信号の送信電力より低い、
    請求項14に記載の無線送信装置。
  19. 前記伝送フォーマットは、時間的に連続して伝送されるサブフレームを最小単位に、複数のユーザに対する個別データを割り当てるフォーマットである、
    請求項12に記載の無線送信装置。
  20. 前記サブフレームには、伝搬路の変動が小さいほど、前記サブフレームに配置される最後の前記リファレンス信号が、時間軸方向により離れた前記OFDMシンボルに配置されている、
    請求項12に記載の無線送信装置。
  21. 空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号が所定の間隔を隔てて付加されたデータ系列を受信するステップと、
    前記データ系列を復調するステップと、
    前記復調されたデータ系列中の前記リファレンス信号に基づいて伝搬路の変動状況を推定し、前記変動状況に基づいて、当該データ系列に対する内挿補間または外挿補間により得られるチャネル推定値を出力するステップと、
    前記内挿補間または外挿補間のいずれかのチャネル推定値を用いて、前記データ系列の復調復号処理を行うステップと、
    を含む無線受信方法。
  22. サブフレームが複数のOFDMシンボルから構成される伝送フォーマットを用いる無線送信方法であって、
    空間伝搬路のチャネル推定用のリファレンス信号を生成するステップと、
    データ信号をOFDMシンボルのサブキャリアに割り当てるステップと、
    前記リファレンス信号の送信電力が、前記データ信号の送信電力よりも大きくなるように、前記リファレンス信号の送信電力を調整するステップと、
    前記電力調整部により送信電力が調整された前記リファレンス信号を、OFDMシンボルのサブキャリアの周波数軸方向に所定の間隔を隔てて配置する、又は、時間軸方向に所定の間隔を隔てて配置するステップと、
    OFDMシンボルのサブキャリアに割り当てられた前記データ信号及び前記リファレンス信号に対しOFDM変調を施し、得られたOFDM変調信号を送信するステップと、
    を含む無線送信方法。

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