JP2008206053A - 無線通信方法および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々のフレーム構成に対応でき、データシンボルのチャネル特性を正確に推定できる無線通信方法および無線通信装置を提供する。
【解決手段】隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定し、その推定した既知シンボルのチャネル特性に基づいて、当該隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間して、データシンボルのチャネル等化を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信方法および無線通信装置に関するものである。

例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を変調方式として採用するマルチキャリア方式の無線通信システムは、高速通信が可能な反面、フェージング等の影響によりチャネル特性が大きく変動し、安定な通信ができなくなることが懸念される。そこで、この種の無線通信システムでは、送信側において、送信フレームのデータエリアに既知シンボルであるパイロット（参照信号）を挿入し、受信側では、受信フレームに挿入されたパイロットの受信信号に基づいて、チャネル特性を推定してデータエリアに線形補間することにより、データシンボルのチャネル等化を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、ＰＵＳＣ（Partially Used Subchannelization）方式の周波数ドメインマッピング構成例を示すものである。ＰＵＳＣ方式のフレーム構成では、データエリアにおけるサブチャネルの最小構成単位を、周波数軸方向に４シンボル（すなわち、４サブキャリア）で、時間軸方向に３シンボルの４×３シンボルの１タイルとし、１タイルの４隅のシンボルにパイロットＰｔを割り当てている。なお、図５は、１サブチャネルが、２４サブキャリアからなる場合を示している。

図５に示すようなＰＵＳＣ方式において、データシンボルのチャネル特性を推定するにあたっては、先ず、図６（ａ）に示すように、最小構成単位である１タイルの４隅のパイロットＰｔのチャネル特性を推定し、次に、図６（ｂ）に示すように、推定したチャネル特性を用いて、データ区間の時間軸方向のチャネル特性を線形補間し、その後、図６（ｃ）に示すように、パイロットＰｔにより推定したチャネル特性と、線形補間したチャネル特性とを用いて、データ区間の周波数軸方向のチャネル特性を線形補間して、タイル毎にデータシンボルのチャネル特性を推定するようにしている。

特開２００２−３３０１１３号公報

上述したＰＵＳＣ方式においては、４×３シンボルからなる１タイルの４隅のシンボルにパイロットＰｔが割り当てられているので、時間軸方向については、図６（ｂ）に示したように、上下のサブキャリアにおいて、それぞれ１データシンボル分についてチャネル特性を線形補間すればよく、周波数軸方向については、図６（ｃ）に示したように、それぞれ２データシンボル分についてチャネル特性を線形補間すればよいことになる。したがって、正確なチャネル推定が可能になるとともに、フェージング等による高速なチャネル変動にも追従できる利点がある。

ところが、ＯＦＤＭにおけるサブチャネルの割り当てモードとして、サブチャネルの最小構成単位内で、パイロットを時間軸方向および周波数軸方向の少なくとも一方において重ならないように割り当てているものもある。

図７は、その一例を示すもので、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００５において提案されているＢａｎｄ ＡＭＣ（Adaptive Modulation and Coding）方式の周波数ドメインマッピング構成例を示すものである。このＢａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成では、サブチャネルの最小構成単位を、周波数軸方向に９シンボル（すなわち、９サブキャリア）で、時間軸方向に３シンボルの９×３シンボルの１スロットとし、最初の９シンボル列では、上から２番目のシンボルにパイロットＰｔを割り当て、次の９シンボル列では、中央のシンボルにパイロットＰｔを割り当て、最後の９シンボル列では、下から２番目のシンボルにパイロットＰｔを割り当てている。なお、図７は、１バンドが２つのサブチャネルからなっており、１サブチャネルは２つのビン（Ｂｉｎ）からなり、１ビンが９サブキャリアからなる場合を示している。

このようなＢａｎｄ ＡＭＣ方式においては、最小構成単位である１スロット内で、パイロットＰｔが時間軸方向および周波数軸方向の双方において重なって配置されていないため、上述したＰＵＳＣ方式における最小構成単位内でのデータシンボルのチャネル推定を、そのまま適用することはできない。同様に、サブチャネルの最小構成単位内で、時間軸方向および周波数軸方向の少なくとも一方において、パイロットが重ならないフレーム構成の場合にも、上述したＰＵＳＣ方式における最小構成単位内でのデータシンボルのチャネル推定を、そのまま適用することはできない。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、種々のフレーム構成に対応でき、データシンボルのチャネル特性を正確に推定できる無線通信方法および無線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る無線通信方法の発明は、マルチキャリア方式により無線通信を行う無線通信方法において、
データエリアの時間軸方向およびマルチキャリアを構成するサブキャリアの周波数軸方向に、データシンボルを挟んで既知シンボルが複数配されたフレーム構成の信号を受信する受信ステップと、
受信したデータエリアから、既知シンボルを含むように、時間軸方向および周波数軸方向にそれぞれ所定数のシンボルからなる最小構成単位を把握する把握ステップと、
隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定するチャネル特性推定ステップと、
推定された既知シンボルのチャネル特性に基づいて、前記隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間するチャネル特性補間ステップと、
補間されたチャネル特性に基づいて、データシンボルのチャネル等化を行うチャネル等化ステップと、
を含むことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線通信方法において、
前記チャネル特性推定ステップは、
前記隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのうち、前記一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルと時間軸方向または周波数軸方向に最も近い既知シンボルのチャネル特性と、に基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定し、
前記チャネル特性補間ステップは、
前記隣接する最小構成単位間で、既知シンボル間の距離が近い方向から、当該方向の既知シンボルで推定されたチャネル特性を、当該方向にあるデータシンボルに補間し、他の方向では補間されたチャネル特性および当該方向にある既知シンボルのチャネル特性を用いて、当該方向にあるデータシンボルにチャネル特性を補間する、
ことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の無線通信方法において、
前記チャネル特性推定ステップは、
同一サブキャリアに時間軸方向に順次配された既知シンボルについては、次の既知シンボルのチャネル特性を、当該既知シンボルよりも前の既知シンボルの周波数応答情報を加味して推定することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の無線通信方法において、
前記フレーム構成が、ＯＦＤＭ変調方式によるＢａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成であることを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項５に係る無線通信装置の発明は、
マルチキャリア方式により無線通信を行う無線通信装置において、
データエリアの時間軸方向およびマルチキャリアを構成するサブキャリアの周波数軸方向に、データシンボルを挟んで既知シンボルが複数配されたフレーム構成の信号を受信する受信手段と、
受信したデータエリアから、既知シンボルを含むように、時間軸方向および周波数軸方向にそれぞれ所定数のシンボルからなる最小構成単位を把握して、隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定するチャネル特性推定手段と、
推定された既知シンボルのチャネル特性に基づいて、前記隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間するチャネル特性補間手段と、
補間されたチャネル特性に基づいて、データシンボルのチャネル等化を行うチャネル等化手段と、
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定し、その推定した既知シンボルのチャネル特性に基づいて、当該隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間して、データシンボルのチャネル等化を行うようにしたので、種々のフレーム構成に対応することができ、データシンボルのチャネル特性を正確に推定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の受信部の要部の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態の無線通信装置は、ＯＦＤＭを変調方式として採用するマルチキャリア方式のもので、図７に示したＢａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成により無線通信するものである。

図１において、アンテナ１で受信された信号は、ＣＰ除去部２でサイクリックプリフィックス（ＣＰ）を除去した後、Ｓ／Ｐ変換部３でサブキャリア数のデータ系列に直並列（Ｓ／Ｐ）変換する。その後、ＦＦＴ４で高速フーリエ変換して、時間領域の信号から周波数領域のサブキャリア毎のベースバンド信号に変換し、さらに、論理マッピング部５で周波数マッピングする。したがって、本実施の形態では、アンテナ１、ＣＰ除去部２、Ｓ／Ｐ変換部３、ＦＦＴ４および論理マッピング部５を含んで、受信手段を構成している。

論理マッピング部５で周波数マッピングされた信号は、パイロット抽出部６およびチャンネル等化部７に供給する。

パイロット抽出部６では、受信信号からパイロットを抽出してチャネル推定部８に供給し、チャネル推定部８において、パイロット抽出部６で抽出されたパイロットに基づいて各シンボルのチャネル特性を推定して、その推定したチャネル特性をチャンネル等化部７に供給する。したがって、本実施の形態では、パイロット抽出部６およびチャネル推定部８を含んで、チャネル特性推定手段およびチャネル特性補間手段を構成している。

チャネル等化部７は、チャネル等化手段を構成するもので、ここでは、チャネル推定部８で推定されたチャネル特性に基づいて、論理マッピング部５から入力されるデータシンボルの受信信号をチャネル等化して出力する。

チャネル等化部７の出力信号は、Ｐ／Ｓ変換部９で並直列（Ｐ／Ｓ）変換した後、復調部１０で復調し、さらにデコーダ１１で復号して受信データとして出力する。

以下、チャネル推定部８によるチャネル推定処理について、図２乃至図４を参照して説明する。

本実施の形態は、Ｂａｎｄ ＡＭＣ方式により無線通信するもので、Ｂａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成では、データエリアにおけるパイロットの挿入間隔は、図７に示したように、周波数軸方向よりも時間軸方向のほうが短くなっている。

そこで、本実施の形態では、隣接するスロット間で時間軸方向においてパイロットのチャネル特性を推定し、その後、推定したチャネル特性を時間軸方向にあるデータシンボルに補間し、周波数軸方向では補間されたチャネル特性および周波数軸方向にあるパイロットのチャネル特性を用いて、周波数軸方向にあるデータシンボルにチャネル特性を補間する。

このため、先ず、抽出されたパイロットを用いて、下記の（１）式により、時間軸方向におけるパイロットのチャネル特性を推定（算出）する。

上記（１）式において、周波数応答情報Ｃ_f,tは、下記の（２）式により算出し、周波数応答情報Ａ_f,tは下記の（３）式により算出する。

上記（１）式乃至（３）式から明らかなように、本実施の形態では、図２に時間軸方向の順次のスロットＳ（Ｎ−１），ＳＮ，Ｓ（Ｎ＋１）を示すように、同一サブキャリアにおけるパイロットＰｔのチャンネル特性を算出するにあたって、忘却係数βにより時間的に前のパイロットＰｔにおける周波数応答情報を加味して、隣接スロットにおけるパイロットのチャネル特性を推定している。

以上のようにして、各パイロットのチャネル特性を推定したら、次に、時間軸方向の順次のパイロットのチャネル特性を用いて、下記の（４）式により、時間軸方向のデータシンボルのチャネル特性を内挿および外挿により線形補間する。

すなわち、図３（ａ）に示すように、時間軸方向の順次のパイロット間に配置されるデータシンボルについては、順次のパイロットのチャネル特性を用いて内挿補間し、図３（ｂ）に示すデータエリアの最初のスロットＳ１や、図３（ｃ）に示すデータエリアの最後のスロットＳＬにおいて、順次のパイロット間に位置しないデータシンボルについては、時間軸方向に隣接する順次のパイロットのチャネル特性を用いて外挿補間する。

その後は、時間軸方向において推定したパイロットのチャネル特性およびデータシンボルに補間したチャネル特性を用いて、下記の（５）式または（６）式により、図４に示すように、周波数軸方向のデータシンボルのチャネル特性を内挿および外挿により線形補間する。

以上のようにして、チャネル推定部８において各データシンボルのチャンネル特性を推定したら、その推定結果を用いて、チャネル等化部７において、論理マッピング部５から入力されるデータシンボルの受信信号を、下記の（７）式によりチャネル等化して出力する。

以上のように、本実施の形態によれば、隣接スロットに含まれるパイロットＰｔのチャネル特性に基づいて、当該隣接スロットにおけるパイロットＰｔのチャネル特性を推定し、その推定したパイロットＰｔのチャネル特性に基づいて、データシンボルのチャネル特性を補間して、データシンボルのチャネル等化を行うようにしたので、Ｂａｎｄ ＡＭＣ方式におけるデータシンボルのチャネル特性を正確に推定することができる。しかも、時間軸方向の同一サブキャリアにおける順次のパイロットＰｔのチャンネル特性を算出するにあたっては、忘却係数βにより時間的に前のパイロットＰｔにおける周波数応答情報を加味するようにしたので、時間軸方向にパイロットＰｔが離れて配置されていても（図７の場合には、時間軸方向の順次のパイロット間に２つのデータシンボルが配置されている）、フェージング等による高速なチャネル変動に追従することができる。また、時間軸方向に配されるパイロットＰｔが少ないことで生じるＡＷＧＮの影響によるチャンネル推定誤差を低減できるので、特に、ＡＷＧＮの影響が強くでる弱電界においても、データシンボルの高精度のチャネル推定が可能となる。

なお、上述したチャネル推定処理は、好ましくは、通信相手（例えば、端末）が所定速度以上、例えば、送受信におけるフレームサイズよりも速い速度、で移動している場合にのみ行うようにする。ここで、端末の移動速度は、例えば、データエリアにおける周波数軸上の上下のパイロット信号の位相差、あるいは時間軸上の前後のパイロット信号の位相差に基づいて算出することができる。

本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、時間軸方向の同一サブキャリアにおける順次のパイロットのチャンネル特性を算出するにあたって、忘却係数により時間的に前のパイロットにおける周波数応答情報を加味したが、このような忘却係数を使わないで、順次のパイロットのチャネル特性を算出することもできる。

また、本発明は、上述したＢａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成に限らず、サブチャネルの最小構成単位内で、時間軸方向および周波数軸方向の少なくとも一方において、パイロットが重ならないように割り当てられたフレーム構成に、広く適用することができる。この場合において、データエリアにおけるパイロットの挿入間隔が、時間軸方向よりも周波数軸方向のほうが短い場合には、周波数軸方向に隣接するスロット間で周波数軸方向においてパイロットのチャネル特性を推定し、その後、推定したチャネル特性を時間軸方向にあるデータシンボルに補間し、時間軸方向では補間されたチャネル特性および周波数軸方向にあるパイロットのチャネル特性を用いて、時間軸方向にあるデータシンボルにチャネル特性を補間すればよい。

さらに、上記（１）式乃至（３）式で示した時間軸方向におけるパイロットのチャネル特性の推定方法は、Ｂａｎｄ ＡＭＣ方式に限らず、ＰＵＳＣ方式等の場合であっても、同一サブチャネルにおいてパイロットが時間軸方向に離れて挿入されている場合に有効に適用でき、これによりフェージング等による高速なチャネル変動に追従することができるとともに、ＡＷＧＮの影響によるチャンネル推定誤差を低減して、データシンボルの高精度のチャネル推定が可能となる。

本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の受信部の要部の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示したチャネル推定部によるパイロットのチャネル特性算出処理を説明するための図である。 図１に示したチャネル推定部による時間軸方向のチャネル特性補間処理を説明するための図である。 図１に示したチャネル推定部による周波数軸方向のチャネル特性補間処理を説明するための図である。 ＯＦＤＭ変調方式におけるＰＵＳＣ周波数ドメインマッピング構成例を示す図である。 図５に示したＰＵＳＣ方式におけるチャネル特性推定処理を説明するための図である。 本発明が適用可能なＯＦＤＭ変調方式におけるＢａｎｄ ＡＭＣ周波数ドメインマッピング構成例を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ ＣＰ除去部
３ Ｓ／Ｐ変換部
４ ＦＦＴ
５ 論理マッピング部
６ パイロット抽出部
７ チャンネル等化部
８ チャネル推定部
９ Ｐ／Ｓ変換部
１０ 復調部
１１ デコーダ

Claims (5)

1. マルチキャリア方式により無線通信を行う無線通信方法において、
   データエリアの時間軸方向およびマルチキャリアを構成するサブキャリアの周波数軸方向に、データシンボルを挟んで既知シンボルが複数配されたフレーム構成の信号を受信する受信ステップと、
   受信したデータエリアから、既知シンボルを含むように、時間軸方向および周波数軸方向にそれぞれ所定数のシンボルからなる最小構成単位を把握する把握ステップと、
   隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定するチャネル特性推定ステップと、
   推定された既知シンボルのチャネル特性に基づいて、前記隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間するチャネル特性補間ステップと、
   補間されたチャネル特性に基づいて、データシンボルのチャネル等化を行うチャネル等化ステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
2. 前記チャネル特性推定ステップは、
   前記隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのうち、前記一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルと時間軸方向または周波数軸方向に最も近い既知シンボルのチャネル特性と、に基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定し、
   前記チャネル特性補間ステップは、
   前記隣接する最小構成単位間で、既知シンボル間の距離が近い方向から、当該方向の既知シンボルで推定されたチャネル特性を、当該方向にあるデータシンボルに補間し、他の方向では補間されたチャネル特性および当該方向にある既知シンボルのチャネル特性を用いて、当該方向にあるデータシンボルにチャネル特性を補間する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記チャネル特性推定ステップは、
   同一サブキャリアに時間軸方向に順次配された既知シンボルについては、次の既知シンボルのチャネル特性を、当該既知シンボルよりも前の既知シンボルの周波数応答情報を加味して推定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信方法。
4. 前記フレーム構成が、ＯＦＤＭ変調方式によるＢａｎｄ ＡＭＣ方式のフレーム構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線通信方法。
5. マルチキャリア方式により無線通信を行う無線通信装置において、
   データエリアの時間軸方向およびマルチキャリアを構成するサブキャリアの周波数軸方向に、データシンボルを挟んで既知シンボルが複数配されたフレーム構成の信号を受信する受信手段と、
   受信したデータエリアから、既知シンボルを含むように、時間軸方向および周波数軸方向にそれぞれ所定数のシンボルからなる最小構成単位を把握して、隣接する一方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性と、他方の最小構成単位に含まれる既知シンボルのチャネル特性とに基づいて、当該隣接する最小構成単位における既知シンボルのチャネル特性を推定するチャネル特性推定手段と、
   推定された既知シンボルのチャネル特性に基づいて、前記隣接する最小構成単位におけるデータシンボルのチャネル特性を補間するチャネル特性補間手段と、
   補間されたチャネル特性に基づいて、データシンボルのチャネル等化を行うチャネル等化手段と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。

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