JP2008283288A - 無線送信装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サブキャリア間の干渉を削減して、高精度のチャネル推定が行えるチャネル推定用既知信号の送信方法及び装置を提供する。
【解決手段】無線送信装置は、複数のサブキャリアを含み、隣接するサブキャリア間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDMシンボルを送信する。例えば、前記OFDMシンボル毎に前記既知信号系列を送信するサブキャリアは異なり、且つ各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは隣接しないので、隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。また、各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にあるので、Qインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
【選択図】 図7
【解決手段】無線送信装置は、複数のサブキャリアを含み、隣接するサブキャリア間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDMシンボルを送信する。例えば、前記OFDMシンボル毎に前記既知信号系列を送信するサブキャリアは異なり、且つ各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは隣接しないので、隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。また、各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にあるので、Qインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
【選択図】 図7
Description
本発明は、OFDM伝送方式を用いた無線通信システムに関する。
無線通信を高速化することを目的として通信に用いる周波数帯域幅を拡張すると、マルチパス伝搬路の伝搬遅延時間差が無視できなくなる。このような伝搬遅延時間が異なる信号が到来する環境では、符号間干渉による波形歪みが通信品質を劣化させる大きな要因となる。直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:以下OFDMと記述)方式は、伝搬遅延時間の異なる信号を受信しても、符号間干渉に起因する波形歪みを簡易に補償することができる方式として知られている。
OFDM伝送方式ではチャネル推定用の既知信号を送信することによってサブキャリア毎にチャネル応答を推定し、推定されたチャネル応答を用いてサブキャリア毎に復調または等化処理がなされる。このようなチャネル推定用既知信号として、これまでは雑音やチャネル変動、マルチパス伝搬路の歪に対して耐性のある既知信号が適用されてきた(例えば非特許文献1、2、3参照)。
一方、無線送信装置や無線受信装置で用いられる発信器は一般に位相雑音が含まれる。また、送信装置と受信装置で発生する正弦波の周波数には一般にオフセットが生じる。このような位相雑音および周波数オフセットの影響で、OFDM伝送では隣接するサブキャリアからの干渉が生じてしまう。その他、無線送信装置で用いられる直交変調器の振幅誤差や位相誤差、同相成分と直交成分をアナログ信号に変換する際に用いられる2つのD/A変換器やフィルタの個体差、無線受信装置で用いられる直交復調器の振幅誤差や位相誤差、A/D変換器やフィルタの個体差等によって、OFDM伝送では中心周波数を軸として対称なサブキャリア間で干渉が生じてしまう。
このように、アナログ回路の不完全性によりサブキャリア間の干渉が生じてしまうと、伝送性能は干渉信号によって大きく制限されてしまうが、これまで提案されてきたチャネル推定用既知信号はこれらの干渉を防ぐように設計されていなかった。
Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television, Europian Telecommunidcation Standards (ETS) 300 744, 1997. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: High-speed Physical Layer in the 5 GHz band, IEEE Std 802.11a-1999, 2000. S. Coffey, A. Kasher, and A. Stephens, Joint Proposal: High throughput extension to the 802.11 Standard: PHY, IEEE 802.11-05/1102r04, Jan. 2006.
Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television, Europian Telecommunidcation Standards (ETS) 300 744, 1997. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: High-speed Physical Layer in the 5 GHz band, IEEE Std 802.11a-1999, 2000. S. Coffey, A. Kasher, and A. Stephens, Joint Proposal: High throughput extension to the 802.11 Standard: PHY, IEEE 802.11-05/1102r04, Jan. 2006.
以上説明したように、従来のチャネル推定用既知信号はアナログ回路の歪によって生じるサブキャリア間の干渉に耐性をもたせるような設計にはなっておらず、チャネル推定結果にサブキャリア間干渉が含まれ、受信性能が劣化するのを防ぐことができなかった。また、サブキャリア間の干渉を防ぐために無線受信装置において複雑な干渉除去処理を適用する必要があり、回路の肥大化や処理遅延の増加や消費電力の増加が問題になっていた。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、サブキャリア間の干渉を削減して、高精度のチャネル推定が行えるチャネル推定用既知信号の送信方法及びこれを用いた無線送信装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の無線送信装置は、複数のサブキャリアを含み、隣接するサブキャリア間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDMシンボルを生成し、前記OFDMシンボルを送信する。
本発明によれば、チャネル推定結果に含まれる周波数オフセットや位相雑音の影響で生じる隣接サブキャリアからの干渉を抑圧し、復調精度を高めることができる。
(1a)前記OFDMシンボル毎に前記既知信号系列を送信するサブキャリアは異なり、且つ各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは隣接しない。この結果、隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
(1b)各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にある。この結果、IQインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
(1c)前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリア間で互いに直交する。この結果、IQインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
(1d)各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にあり、且つ、前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの前記中心周波数を軸として対称な位置にある2つのサブキャリアのうちの一方で送信される既知信号の複素共役信号と、他方のサブキャリアで送信される既知信号とが等しい。この結果、時間領域で複素共役信号を送信すればよくなるため、チャネル推定用既知信号を保存するメモリ領域を削減することができる。
(2)本発明の無線送信装置は、複数のサブキャリアを含み、該複数のサブキャリアのうちの予め定められた特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDMシンボルを生成し、前記OFDMシンボルを送信する。
本発明によれば、パイロットサブキャリアなどの重要な特定サブキャリアを手厚く保護することによって、装置全体の性能を高める。
(2a)前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記特定サブキャリアに隣接しない。特定サブキャリア周辺のサブキャリアで信号を送信しないことによってチャネル推定値に隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
(2b)前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で直交する。直交系列を用いて特定サブキャリアに隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐ。
(2c) 前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として前記特定サブキャリアと非対称な位置にあり、且つ前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記特定サブキャリアに隣接しない。この結果、隣接するサブキャリアだけでなく、IQインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉も防ぐことができる。
(2d)前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で直交し、且つ前記特定サブキャリアと、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として該特定サブキャリアと対称な位置にあるサブキャリアとの間で直交する。この結果、隣接するサブキャリアだけでなく、IQインバランスによる対称な位置のサブキャリアからの干渉も防ぐことができる。
サブキャリア間の干渉を削減して、高精度のチャネル推定が行える。
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について図1〜図4を用いて説明する。
第1の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について図1〜図4を用いて説明する。
図1は本発明におけるチャネル推定用既知信号のサブキャリア配置の一例、図3および図4は無線送信装置の構成の一例を表している。
第1の実施形態に係るチャネル推定用既知信号は2つのOFDMシンボルから構成される。図1は第1シンボルで送信されるサブキャリアと、第2シンボルで送信されるサブキャリアを示している。このように、第1シンボルでは偶数番目のサブキャリアのみ用いて送信し、第2シンボルでは奇数番目のサブキャリアのみ用いて送信する。
図3の無線送信装置は、符号器101、変調器111、パイロット付加部121、逆フーリエ変換部131、GI(ガードインターバル)付加部141、既知信号生成部151、スイッチ161、フィルタ171、無線部181、及び送信アンテナ191を含む。
送信信号は符号器101で符号化され、変調器111は符号化された信号をサブキャリア毎に変調する。変調された周波数領域の信号には、パイロット付加部121により、チャネル変動や位相誤差を補正するためのパイロット信号が付加され、その後、逆フーリエ変換部131により時間領域の信号に変換される。GI付加部141は、時間領域の信号に、マルチパス遅延波による符号間干渉を防ぐためのガードインターバルを付加する。
既知信号生成部151は、チャネル推定用既知信号の時間領域波形を格納し、既知信号を送信する際に波形を出力する。スイッチ161は、フレームフォーマットに従って入力信号をGI付加部141から出力されるGIの付加された信号と既知信号生成部151から出力される既知信号のうちのいずれか一方に切り替える。フィルタ171は、スイッチ161から出力される送信信号を所望の周波数スペクトルに整形する。整形された送信信号は、無線部181により、デジタル信号からアナログ信号に変換された後、無線周波数の信号に変換されて、送信アンテナ191から送信される。
無線送信装置はフレームフォーマットに従い、フォーマットに応じた信号を送信する。フレームフォーマットの一例として、非特許文献2で提案されているフレームフォーマットを図2に示す。既知信号生成部151に保存されている既知信号がスイッチ161から順次出力されて、図2の既知信号401、411となる。既知信号の場合、逆フーリエ変換を適用することによって得られる時間領域の信号も予め既知である。そこで、時間領域に変換された後の既知信号を既知信号生成部151(が備えるメモリ)に記憶し、当該メモリから信号を読み込むことによって逆フーリエ変換処理を省略することができ、消費電力の浪費を防ぐことができる。
既知信号は図1に示すように2シンボルで構成されるため、無線送信装置の既知信号生成部151は2シンボル分のチャネル推定用既知信号を記憶している。
ただし、Nは中心周波数や帯域両端など一般的に用いられないサブキャリアも含めた総サブキャリア数を表しており、pkはk番目のサブキャリアで送信されるチャネル推定用既知信号、Lp1(m)とLp2(m)はそれぞれチャネル推定用既知信号の第1シンボルの時間波形と第2シンボルの時間波形をそれぞれ表している。
既知信号生成部151はm=0からm=N−1までのLp1(m)とLp2(m)を記憶しており、チャネル推定用既知信号を送信する際に順次出力する。
なお、一般にOFDM伝送ではマルチパス遅延波の影響で生じる符号間干渉を防ぐため、有効シンボルの末尾数サンプルを先頭に付加して送信する。この結果、信号の周期性が保たれるため、周波数領域において符号間干渉が生じることを防ぐことができる。この信号はガードインターバルやサイクリックプレフィックスと呼ばれており、既知信号生成部151はガードインターバルの付加も含めて以下のように信号を出力する。
ただし、ガードインターバルのサンプル数をNgと置き、gi(m)はガードインターバル付加後の第iシンボルのチャネル推定用既知信号、modは剰余演算を表している。
図2に示すように、図3の無線送信装置は、第1シンボルと第2シンボルをチャネル推定用既知信号として順次送信する。このとき、図5に示すように第1シンボルと第2シンボルを連続して送信しても構わないし、図6に示すように第1シンボルと第2シンボルの間にデータシンボルを送信しても構わない。また、第2シンボルを先に送信し、第1シンボルをその後に送信しても構わない。チャネル推定用既知信号として図1に示すように隣接するサブキャリアは送信しない信号を送信するのであればいかなる順序で信号を送信しても構わない。
一方、図2に示したフレームフォーマットにおいて、ヘッダ信号421はフレーム送信に適用されている変調方式や符号化率、フレーム長を受信部に通知するための信号であり、送信するフレームの構成によって異なる値となる。データ信号431〜433はOFDMシンボル毎に異なる信号となる。このような信号を送信する場合は、スイッチ161をGI付加部141に切り替えて信号を送信する。
次に、図3の無線送信装置の送信動作について詳細に説明する。
情報信号は一般に符号器101で符号化されるが、符号化方式は本発明の要旨ではなく、どのような方式でも構わない。畳込み符号やリード・ソロモン符号、ターボ符号、LDPC(Low Density Parity Check)符号など一般的に用いられている符号化方式で構わないし、符号化を適用しなくても構わない。また、符号化後にインターリーブを適用し、符号後の順番を入れ替えても構わない。予め定められた方式であり、無線受信装置も既知の符号化方式、入れ替え順序であればいかなる手法を適用しても構わない。
変調器111には、符号器101から出力される符号化信号が入力される。変調器111は、当該入力信号を複数のサブキャリアに分配し、サブキャリア毎に変調を施す。ここで、変調器111が入力信号を複数のサブキャリアに分配する順番はいかなる順番でも構わない。高い周波数のサブキャリアから順次割り当てても構わないし、低い周波数のサブキャリアから順次割り当てても構わないし、中心周波数近辺のサブキャリアから分配しても構わない。予め定められた順序であり、本実施形態に係る無線送信装置からの信号を受信する無線受信装置が既知の順序であればいかなる順番でも構わない。
なお、サブキャリアごとに適用される変調方式についてもいかなる変調方式を用いても構わない。BPSK(Binary Phase Shift Keying)やQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)などの位相変調方式や16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)や64QAMなどの直交振幅変調方式、DPSK(Differential Phase Shift Keying)などいかなる変調方式を用いても構わない。予め定められた変調方式で無線受信装置が既知の方式であり、復調可能な方式であればいかなる方式を用いても構わない。また、全てのサブキャリアで同一の変調方式を用いてもサブキャリア毎に異なる変調方式を用いても構わないし、OFDMシンボル毎に異なる変調方式を適用してもかまわない。予め定められた変調方式のうちどの変調方式を適用したかを無線受信装置に通知する手段があればいかなる方式を適用しても構わない。
次に、パイロット付加部121について説明する。パイロット付加部121では無線受信装置が既知の信号をデータシンボルに挿入して送信する。当該サブキャリアをここではパイロットサブキャリアと呼び、パイロット付加部121でパイロットサブキャリアに信号を付加する。一般に、OFDM伝送では送信装置と受信装置間のローカル周波数のずれや位相のずれ、チャネル変動を補正するため、全てのサブキャリアで情報を送信するのではなく、一部のサブキャリアは受信装置が既知の信号を送信する。当該サブキャリアをここではパイロットサブキャリアと呼び、情報を送信するサブキャリアをデータサブキャリアと呼ぶ。
ここで、データサブキャリアとパイロットサブキャリアの配置の一例として、非特許文献2では、−21番、−7番、7番、21番の4つのサブキャリアをパイロットサブキャリアとして用いられている。パイロット付加部121ではこれらのサブキャリアに信号を付加する。
なお、パイロットサブキャリアは本発明の要旨ではなく、いかなる配置や本数、信号を用いても構わない。予め定められた番号であり、無線受信装置が既知の番号であればその他の番号のサブキャリアを用いても構わないし、パイロットサブキャリアを用いなくても構わない。
逆フーリエ変換器131は、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。このとき、逆フーリエ変換を計算する手段はIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)を用いてもIDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を用いて計算しても構わない。周波数領域の信号を時間領域の信号に変換することができればいかなる手段を用いても構わない。また、時間領域の信号を巡回遅延させ、ずらして出力しても、1つのフレーム内で同一の遅延量であれば構わないし、受信装置が既知であるならばフレーム内で遅延量を変更しても構わない。
以上のようにして時間領域に変換された信号に対して、GI付加部141でOFDMシンボルごとにガードインターバルを付加する。ここで、ガードインターバルのサンプル数や付加方式は本発明の要旨ではなく、一般的にOFDM伝送で用いられている方式と同一であるため、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、既知信号生成部151から出力される信号または逆フーリエ変換部131を用いて生成された信号がフレームフォーマットに従ってスイッチ161で切り替えられてフィルタ171に出力される。フィルタ171では以上の信号を所望の周波数形状に整形する。ここで、フィルタ171は一般的に用いられるフィルタであり、本発明の要旨ではないため、詳細な説明は省略する。
無線部181は、以上のようにして生成されたデジタルの送信信号を、アナログの無線周波数の信号に変換する。
なお、無線部181はD/A変換器、フィルタ、直交変調器、周波数変換器、増幅器などから構成される一般的な無線器であり、本発明の要旨ではないため詳細な説明は省略する。
無線部181で無線周波数に変換された送信信号は送信アンテナ191を介して送信される。このとき、送信アンテナ191は所望の周波数の信号を送信することができればいかなるアンテナを用いても構わない。
以上説明した無線送信方法に従って、無線送信装置は信号を送信する。
なお、フレームフォーマットの一例として図2のフォーマットで送信する場合を例に説明を行ったが、本発明のフレームフォーマットを図2に制限するものではない。スイッチ161の入力先を切り替えて、既知信号を送信する場合は既知信号生成部151に記憶された信号を送信し、情報を送信する場合はGI付加部141の出力を送信するのであればいかなるフレームフォーマットでも構わない。
図3では、無線送信装置における既知信号生成部151がチャネル推定用既知信号の時間領域の波形を記憶する場合を例に説明した。しかし、図4に示すように、既知信号生成部152が周波数領域の信号を記憶し、スイッチ162により、パイロット付加部121でパイロットが付加されたデータシンボルと、既知信号生成部152から出力されるチャネル推定用既知信号とのうちのいずれか一方を送信するようにしても構わない。
なお、チャネル推定用既知信号の第1シンボルと第2シンボルで送信する周波数領域の信号系列が同一の場合、第1シンボルのみ既知信号生成部152に保存し、第2シンボルは配置するサブキャリアのみを変える。この結果、保存する信号の量が削減されるため、既知信号生成部162のメモリサイズを縮小し、回路規模を削減することができる。その他、第2シンボルの周波数領域での信号系列が第1シンボルの系列の符号を反転させただけのものや、複素共役を取っただけの場合も、第1シンボルのみを保存し、第2シンボルを送信する時は、同相(チャネル)信号または直交(チャネル)信号、または同相信号と直交信号両方の符号を反転させ、サブキャリアの配置を変えるだけで信号を生成できる。
このように、図1に示したサブキャリア配置でチャネル推定用既知信号を送信するのであれば、無線送信装置は図3のような構成でも図4のような構成でもよい。
以下に、上記無線送信方法を用いて送信された信号を受信する方法及び第1の実施形態の効果について述べる。
図3または図4に示した無線送信装置からの信号を受信する無線受信装置では、受信した無線周波数の信号をデジタル信号に変換し、OFDMシンボル毎にフーリエ変換で周波数領域に変換し、一般にサブキャリア毎に復調処理を行う。
ここで、sk(l)はl番目のOFDMシンボルでk番目のサブキャリアから送信される変調信号を表しており、hk(l)はl番目のOFDMシンボルにおけるk番目のサブキャリアのチャネル応答、nk(l)はk番目のサブキャリアに付加される雑音をそれぞれ表している。
式(4)に示したように、マルチパス伝搬路による歪の影響で、受信信号は振幅および位相に歪が生じている。しかし、雑音成分nk(l)が信号やチャネル応答と無相関な白色雑音だとすると、チャネル応答hk(l)を推定することによって、受信信号rk(l)とチャネル応答の推定値を用いて復調を行うことができる。なお、ここで復調とは、送信されたシンボルを推定する硬判定処理や送信された信号の尤度を求める軟出力処理を行うことを表しており、本発明の要旨ではなく、一般的な復調方式であるため、詳細な説明は省略する。
ここで、チャネルの変動が小さい場合、一度既知信号を送信してhk(l)を推定することができれば複数のOFDMシンボルに対して同一の推定結果を用いて復調を適用することができる。
本実施形態では、図1に示したチャネル推定用既知信号が図5や図6に示した配置で送信されている。ここで、図5のシンボル配置でチャネル推定用既知信号を送信する場合を例にとりチャネル推定について説明する。
式(5)においてp2kは受信側で既知の信号なので、受信信号を既知信号p2k で除算することにより、簡単にチャネル応答h2k(1)を推定することができる。本実施形態では、チャネル推定用既知信号の第1シンボルは偶数サブキャリアのみで構成されているため、受信信号から偶数サブキャリアのチャネル応答を推定することができる。
一方、第2シンボルは奇数番目のサブキャリアのみで構成されているため、2シンボル目の受信信号からは奇数番目のサブキャリアのチャネル応答が推定できる。このようにして、2シンボルの受信信号から通信で用いられている全てのサブキャリアのチャネル応答を求めることができる。
なお、チャネル推定方式としては上記の方式以外にも複数のサブキャリアのチャネル応答推定値を用いて加重合成することによって雑音の影響を削減する方式や、チャネル推定用既知信号の時間波形を用いて時間領域のインパルス応答を推定し、周波数領域に変換することによって各サブキャリアのチャネル応答を求める方式などさまざまな方式が存在するが、チャネル推定方式は本発明の要旨ではないため、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、受信信号が式(4)や式(5)のように表される場合はチャネル推定用既知信号を送信してチャネル応答を無線受信端末に推定させ、データ信号を復調させることができる。
無線送信装置はベースバンド信号を無線周波数に変換して送信し、受信装置は無線周波数で受信した信号をベースバンド信号に変換した後、受信処理を行う。
この時、送信装置と受信装置はそれぞれ発信器を用いて正弦波を生成しているが、正確な正弦波をアナログ回路で生成することは困難であり、送信装置と受信装置の間に周波数のオフセットが生じたり、それぞれの発信器で位相雑音が生じてしまう。この結果、OFDM伝送における各サブキャリアの直交性が崩れ、隣接するサブキャリアの信号が干渉してしまう。この結果、サブキャリア間で生じる干渉の影響で復調精度が劣化し、通信品質は劣化してしまう。
以上の干渉はチャネル推定用既知信号を送信している場合も生じるため、式(5)にも雑音成分の他に周囲のサブキャリアからの干渉が生じるため、チャネル推定結果も劣化してしまう。よって、精度が劣化したチャネル推定結果を用いて干渉を含んだ受信信号から復調を行うため、復調には干渉の影響が二重に含まれ、劣化が顕著に現れてしまう。
一方、図1に示した第1シンボル及び第2シンボルでは、隣接するサブキャリアは送信されていない。周波数オフセットや位相雑音によるサブキャリア間干渉は隣接するサブキャリアからの干渉が最も大きいため、図1に示したようなチャネル推定用既知信号を用いてチャネル推定を行うと、従来の方式に比べ、サブキャリア間干渉の影響が小さくなる。この結果、信号の復調に干渉の影響が二重に重畳されるのを防ぐことができ、復調の精度を高めることができる。
以上説明したように、上記第1の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でもチャネル推定値に含まれるサブキャリア間の干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第2の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態における無線送信方法は、2つのOFDMシンボルから構成されるチャネル推定用既知信号を送信する点は第1の実施形態と同様であり、無線送信装置の構成は図3または図4に示した無線送信装置の構成と同一であり、既知信号生成部151、152が2つの既知信号を記憶している点も第1の実施形態と同様である。
第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1シンボルと第2シンボルで送信するチャネル推定用既知信号のサブキャリア配置である。
第1の実施形態で、周波数オフセットや位相雑音の影響でサブキャリア間の干渉が発生し、隣接サブキャリアからの干渉が最も大きいことを説明した。その他にサブキャリア間の干渉を発生させるアナログ回路の歪として、IQインバランスがあげられる。
第1の実施形態で説明したように、無線送信装置から送信されるOFDM信号は、無線部181において、デジタル信号をD/A(Digital to Analogue)変換器でアナログ信号に変換した後、直交変調することによって無線周波数の信号に変換して送信される。このとき、直交変調後の同相信号と直交信号の利得を同一に保つことが理想的であるが、アナログ回路の不完全性により実現は困難である。また、同相信号のD/A変換器と直交信号のD/A変換器に個体差が生じると、同相信号と直交信号に異なる利得が付加されることと等価になる。また、直交変調器において同相信号と直交信号を生成する際に、正確に90度の位相差を発生することが理想的であるが、実際には困難である。この結果、直交変調器の出力において、同相信号と直交信号は振幅が異なり、位相差も90度からずれてしまう。
一方、無線受信装置では、直交復調器と発信器を用いて受信信号に位相が90度異なる二つの正弦波をそれぞれ乗算し、低域通過フィルタをそれぞれ適用することによって同相信号と直交信号を得る。しかし、無線送信装置と同様に、90度の位相差を正確に発生させることが理想的であるが、実際には困難である。また、フィルタの利得やA/D(Analog to Digital)変換器の個体差によって同相信号と直交信号の利得も一般に異なってしまう。
このように、無線送信装置と無線受信装置で生じる同相信号と直交信号の利得差および位相誤差はIQインバランスとよばれ、OFDM伝送では中心周波数を軸として対称なサブキャリア間で信号が相互に干渉する現象が生じる。よって、IQインバランスの影響が周波数オフセットや位相雑音よりも支配的な場合、サブキャリア間の干渉は隣接するサブキャリアよりも中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアの方が支配的になる。
そこで、第2の実施形態では、チャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアのみ信号を送信しないサブキャリア配置にするのではなく、図7に示すように、中心周波数を軸として対称なサブキャリアからも信号を送信しないようなサブキャリア配置にする。
図7に示したチャネル推定用既知信号の第1シンボルでは中心周波数よりも低い周波数では偶数番目のサブキャリアからのみ信号を送信し、中心周波数よりも高い周波数では奇数番目のサブキャリアからのみ信号を送信する。この結果、第1シンボルでは隣接するサブキャリアだけでなく、中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアからも信号が送信されないため、IQインバランスによる歪が加わってもチャネル推定結果に含まれるサブキャリア間干渉を減少させることができる。
同様に、第2シンボルについても中心周波数より低い周波数では奇数番目のサブキャリアからのみ信号を送信し、中心周波数よりも高い周波数では偶数番目のサブキャリアからのみ信号を送信することによって、第1シンボルと同様の効果が得られている。
無線送信装置が図3の構成である場合、図7に示したサブキャリア配置のチャネル推定用既知信号を時間領域の信号に変換した結果得られる信号を既知信号生成部151に記憶する。無線送信装置が図4の構成である場合、図7に示したサブキャリア配置のチャネル推定用既知信号を、周波数領域の信号のまま既知信号生成部152に記憶する。
その他の構成を及び処理動作は第1の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
図7に示したような既知信号を受信する無線受信装置では、チャネル推定用既知信号のサブキャリア配置が異なっているだけで、受信動作は第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明はここでは省略する。
以上説明したように、上記第2の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でも、チャネル推定値に含まれるサブキャリア間の干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第3の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態における無線送信方法は、チャネル推定用既知信号として図7に示したサブキャリア配置の2つのOFDMシンボルを送信する点は第2の実施形態と同様であり、無線送信装置の構成は図3と同様である。
本実施形態が第2の実施形態と異なる点は、チャネル推定用既知信号の第1シンボルと第2シンボルで送信する信号の系列である。
第2の実施形態において、図3に示したように既知信号生成部151が時間領域の波形を保存することによって、チャネル推定用既知信号を送信する際に逆フーリエ変換の演算を施す必要が無く、消費電力や処理遅延を削減することができた。しかし、既知信号生成部151はチャネル推定用既知シンボルとして第1シンボルと第2シンボルをそれぞれ記憶する必要があり、2シンボルを記憶するメモリを備える必要があった。
そこで、本実施形態では、無線送信装置の既知信号生成部151が1シンボルのみメモリに記憶するだけで図7に示したチャネル推定用既知信号を送信できる信号系列を提案する。
図7のチャネル推定用既知信号のサブキャリア配置に着目すると、第1シンボルのサブキャリア配置を中心周波数を軸にして反転させると第2シンボルのサブキャリア配置になることがわかる。
また、周波数領域の信号をX(f)、これを逆フーリエ変換することによって得られる時間領域の信号をx(t)とおくと、X(f)の複素共役信号を中心周波数を軸にして反転した信号は、次式(6)で示す逆フーリエ変換の関係を満たす。
式(6)は、周波数領域信号の複素共役信号を中心周波数を軸にして反転させることによって、時間領域では元の信号の複素共役信号に変換されることを表している。
式(7)を満たす信号を図7に示したサブキャリア配置で送信することによって、第1シンボルの複素共役信号を中心周波数を軸に反転させた信号が第2シンボルとなる。よって、式(1)、式(2)に示した第1シンボルと第2シンボルの時間領域の波形は式(6)の関係が成立することから、次式を満たす。
このように、第2シンボルの時間領域の波形は第1シンボルの波形の複素共役信号となることがわかる。よって、図3に示した無線送信装置の既知信号生成部151は第1シンボルと第2のシンボルのうち第1シンボルの時間領域の波形のみ記憶し、第2シンボルを送信する際は、直交チャネルの信号のみ位相を反転させて出力する。
また、逆に、第2シンボルのみを既知信号生成部151に記憶し、第1シンボルを送信する際に直交チャネルの信号の符号を反転させて出力しても同様の効果が得られる。
よって、式(9)や式(10)をチャネル推定用既知信号として送信する場合、無線送信装置の既知信号生成部151は第1シンボルの時間波形を記憶し、第2シンボルを送信する際は同相チャネルの信号のみを符号反転して出力する。
この場合も式(8)や式(10)で示した関係は成立するため、既知信号生成部は前述した方式と同一の方式で信号を送信することができる。
このように、無線通信方法として、式(7)または式(9)を満たす信号系列をチャネル推定用既知信号として送信する場合、無線送信装置は第1シンボル及び第2シンボルのうちのいずれか一方のみの時間領域信号を記憶することによって、簡易な演算で2シンボルのチャネル推定用既知信号を生成することができる。
なお、本実施形態では図3の無線送信装置を用いる場合を例にこれまで説明してきたが、図3の無線送信装置を必ず用いなければならないわけではない。図4に示した無線送信装置でも上述同様である。
なお、上述の信号系列1乃至3のうちのいずれかチャネル推定用既知信号として受信する無線受信装置では、チャネル推定用既知信号の信号系列によらず、受信動作は第1、第2の実施形態と同様であるため、詳細な説明はここでは省略する。
以上説明したように、上記第3の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でも、チャネル応答推定値にふくまれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
さらに、チャネル推定用既知信号としてメモリに保存する信号の数を削減することができるため、回路規模を削減し、消費電力を低下させた無線送信装置を提供することができる。
[第4の実施形態]
第4の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第4の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態における無線送信方法は、チャネル推定用既知信号として図1または図7に示したサブキャリア配置のOFDMシンボルを送信する点は、第1及至第3の実施形態と同様であり、無線送信装置の構成も、図3または図4と同様である。
本実施形態が第1及至第3の実施形態と異なる点は、チャネル推定用既知信号を1つのOFDMシンボルで構成する点である。
第1及至第3の実施形態では、サブキャリア間の干渉によってチャネル推定精度が劣化するのを防ぐため、図1または図7に示したように2つのOFDMシンボルをチャネル推定用既知信号として送信していた。しかし、多くのチャネル推定用既知信号を送信すると伝送効率が劣化してしまう問題点がある。そこで、本実施形態における無線送信方法では図1または図7に示した第1シンボルまたは第2シンボルのいずれか一方のみをチャネル推定用既知信号として送信する。よって、無線送信装置における既知信号生成部151または152は1つのOFDMシンボルを記憶しており、第1及至第3の実施形態と同様にフレームフォーマットに従い、チャネル推定用既知信号を送信する時は既知信号生成部から信号を読み出し、送信を行う。
このように、1シンボルのみをチャネル推定用既知信号として用いる場合も、第1及至第3の実施形態と同様に、隣接するサブキャリアからの干渉や対称な位置にあるサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
一方、チャネル推定用既知信号として図1または図7に示した第1シンボル及び第2シンボルのうちのいずれか一方をOFDMシンボルとして送信することによって伝送効率の劣化を防ぐことはできるが、チャネル推定用既知信号が全てのサブキャリアから送信されているわけではない。このため、第1の実施形態で説明した方式では全てのサブキャリアのチャネル推定を行うことはできない。
しかし、OFDM伝送における各サブキャリアのチャネル応答は一般に無相関にはならない。よってサブキャリア間の相関を利用して、チャネル推定用既知信号が送信されたサブキャリアだけでなく、チャネル推定用既知信号が送信されていないサブキャリアのチャネル応答も推定することができる。
相関を利用したチャネル推定方式の一例として、サブキャリア間で補間を行う方式が挙げられる。補間を行う方式ではチャネル推定用既知信号が送信されているサブキャリアについては第1の実施形態で説明したような手法でチャネル推定を行い、推定されたチャネル応答を用いて補間処理を行い、チャネル推定用既知信号が送信されていないサブキャリアのチャネル応答を推定する。
ここで、図1の第1シンボルがチャネル推定用既知信号として送信されている場合を考える。このとき、偶数番目のサブキャリアについてはチャネル推定用既知信号が送信されているため、先に説明した方式でチャネル推定を実施することが可能である。奇数番目のサブキャリアを、これに隣接する偶数番目のサブキャリアのチャネル応答推定値から直線補間する場合、2k+1番目のサブキャリアのチャネル応答は2k番目、2k+2番目のサブキャリアのチャネル推定値を用いて次式(13)で推定できる。
以上の計算を適用することによって、チャネル推定用既知信号を送信していない奇数番目のサブキャリアのチャネル応答も推定することができる。
また、その他の受信方式として、時間領域でインパルス応答を推定し、推定したインパルス応答をフーリエ変換することによって各サブキャリアのチャネル応答を求めることもできる。チャネル推定用既知信号は無線受信装置で既知の信号であり、周波数領域の信号系列だけでなく、時間領域の信号も既知である。よって、インパルス応答はチャネル推定用既知信号の時間領域の波形を受信信号から推定する。ここで、インパルス応答の推定方法は受信信号とチャネル推定用既知信号の相互相関から求めることもできるし、最小二乗法や平均二乗誤差最小法で求めることもできる。
このように、全てのサブキャリアでチャネル推定用既知信号を送信していなくても、周波数領域での補間や時間領域でインパルス応答を推定することによって、全てのサブキャリアのチャネル応答を推定することができる。
なお、無線受信装置におけるチャネル推定方法として、上述の方式の他、周波数領域で補間を行う場合には、チャネル応答の振幅と位相を個別に補間してもよいし、隣接するサブキャリアだけでなく2つ以上のサブキャリアのチャネル応答を用いて補間を行ってもよい。線形補間ではなく、その他の関数を用いて補間を行ってもいいし、複数のサブキャリアのチャネル応答を加重合成してもよい。
また、インパルス応答を推定する方式もその他にもさまざまな方式が考えられるが、無線受信装置におけるチャネル応答推定法は本発明の要旨ではないため、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、上記第4の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でもチャネル応答推定値に含まれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
さらに、チャネル推定用既知信号としてメモリに記憶する信号の数を削減することができるため、回路規模を削減し、消費電力を低下させた無線送信装置を提供することができる。
[第5の実施形態]
第5の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第5の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態は、チャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第1及至第4の実施形態と同様であり、中心周波数を軸として対称なサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第2及至第4の実施形態と同様である。また、無線送信装置の構成は図3または図4と同様である。
本実施形態が第1及至第4の実施形態と異なる点は、チャネル推定用既知信号が、隣接する両隣のサブキャリアと中心周波数を軸として対称な位置のサブキャリアだけでなく、4本以上の隣接するサブキャリアからの干渉も抑圧するように構成されている点である。
第1の実施形態で説明したように、無線送信装置と無線受信装置との間の周波数オフセットやそれぞれの装置で生じる位相雑音の影響で隣接するサブキャリアから干渉が生じる。このとき、サブキャリア間の干渉は両隣のサブキャリアだけでなく全てのサブキャリアから生じている。干渉電力は両隣のサブキャリアが支配的であるため、第1及至第4の実施形態のようにチャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアを間引いた構成にすることによって干渉抑圧の効果はある。しかし、干渉電力は対象となるサブキャリアに隣接しているほど大きくなるため、両隣だけでなくさらに近接するサブキャリアを間引いてチャネル推定用既知信号を構成することによって、一層サブキャリア間干渉を抑圧することができる。
図8に本実施形態におけるチャネル推定用既知信号のサブキャリア配置の一例を示す。
図8におけるチャネル推定用既知信号は3つのOFDMシンボルから構成される。図8では、第1シンボルで送信されるサブキャリア、第2シンボルで送信されるサブキャリア、および第3シンボルで送信されるサブキャリアを示している。図8の例ではチャネル推定用既知信号として送信するサブキャリアの間隔を3サブキャリアにすることにより、両隣だけでなく、隣接する4つのサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
また、図8の例ではチャネル推定用既知信号として送信されるサブキャリアの中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアでは信号が送信されていないため、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
このようにチャネル推定用既知信号を構成することにより、両隣のサブキャリアと中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアだけでなく、上下のサブキャリア2本ずつからの干渉も防ぐことができる。
送信装置は図3または図4と同様であるが、既知信号生成部151または152は図8の第1シンボル、第2シンボル、第3シンボルをそれぞれメモリに記憶し、第1及至第4の実施形態と同様にフレームフォーマットに従い適切なシンボルを読み出し、送信する。
図9に示すようにチャネル推定用既知信号を送信するサブキャリアの間隔を4サブキャリアに広げてもよい。
図9におけるチャネル推定用既知信号は第1、第2、第3、第4の4つのOFDMシンボルから構成される。各シンボルは既知信号を送信するサブキャリア間隔が4サブキャリアとなっている。いずれのシンボルも既知信号を送信するサブキャリアに対し、中心周波数を軸として対称なサブキャリアからは信号が送信されていない。
図9に示したようなサブキャリア配置のチャネル推定用既知信号を送信することによって、無線受信装置においてチャネル推定を行う際に隣接する上下3サブキャリアからの干渉と中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアからの干渉を防ぐことができる。
図9に示したサブキャリア配置では、第1シンボルと第4シンボルのサブキャリア配置は中心周波数を軸として対称な配置になっていることがわかる。同様に、第2シンボルと第3シンボルも中心周波数を軸として対称なサブキャリア配置になっている。
よって、第1シンボルと第4シンボルで送信される全ての信号が式(7)または式(9)を満たす信号系列であり、第2シンボルと第3シンボルで送信される全ての信号が式(7)または式(9)を満たす信号系列である場合には、4つのシンボル全てを無線送信装置の既知信号生成部のメモリに記憶する必要がなくなる。
この場合、図3に示した無線送信装置は第1シンボル(または第4シンボル)と第2シンボル(または第3シンボル)を既知信号生成部151に記憶すればよい。
例として、第1シンボルと第2シンボルを既知信号生成部151に記憶し、第1シンボルと第4シンボル、第2シンボルと第3シンボルが式(7)の関係を満たす場合の送信方法について説明する。
無線送信装置はフレームフォーマットに従い、送信すべきタイミングでチャネル推定用既知信号である第1〜第4シンボルを送信する。すなわち、第1シンボルおよび第2シンボルを送信する場合は既知信号生成部151はメモリに記憶された信号をそのまま出力する。第3シンボルを送信する際は第2シンボルの直交チャネルの符号を反転させて出力し、第4シンボルを送信する際は第1シンボルの直交チャネルを反転させて送信する。
このようにして信号を送信することによって、4つのシンボルのうちの2つのシンボルの波形のみを記憶しておけば、4つのシンボルを生成することができる。なお、式(7)ではなく式(9)を満たす場合は、第1シンボル及び第2のシンボルの同相チャネルの符号を反転させて出力することによって上記同様の効果が得られる。
なお、ここでは既知信号生成部151が、4つのシンボルのうち2つのシンボルのみを記憶する場合について説明したが、この場合に限らず、4シンボルのうち3シンボルのみを記憶してもよいし、4シンボル全てを記憶してもよい。
また、無線送信方法として式(7)や式(9)を満たす信号系列を送信する方法について説明したが、図9のサブキャリア配置をチャネル推定用既知信号のサブキャリア配置とする際に、これらの関係を必ずしも満たす必要はない。
図8及び図9に示したようなサブキャリア配置のチャネル推定用既知信号を受信する無線受信装置では、第1乃至第3の実施形態と同様に、このチャネル推定用既知信号を用いてチャネル推定を行う。
なお、本実施形態に係るチャネル推定用既知信号として、図8および図9を例とり説明したが、この場合に限るものではない。
中心周波数を軸として対称なサブキャリアから信号を送信するようにサブキャリアを配置しても構わないし、1つのチャネル推定用既知シンボルで送信するサブキャリア間隔を3サブキャリアや4サブキャリアではなくそれ以上の間隔にし、チャネル推定用既知信号を3シンボルや4シンボル以上のシンボル数で構成しても構わない。
また、第4の実施形態と同様に、図8や図9で示したシンボルの一部のみを用いてチャネル推定用既知信号を構成し、無線受信装置に補間処理を行わせても構わない。
以上説明したように、上記第5の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でも、チャネル応答推定値に含まれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
さらに、チャネル推定用既知信号としてメモリに記憶する信号の数を削減することができるため、回路規模を削減し、消費電力を低下させた無線送信装置を提供することができる。
[第6の実施形態]
第6の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第6の実施形態に係る無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態は、チャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第1及至第4の実施形態と同様であり、中心周波数を軸として対称なサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第2及至第4の実施形態と同様である。また、無線送信装置の構成は図3または図4と同様である。
本実施形態が第1及至第5の実施形態と異なる点は、全てのサブキャリアへの干渉を均等に抑圧するのではなく、特定のサブキャリアへの干渉を重点的に抑圧するようにチャネル推定用既知信号を構成する点である。
OFDM伝送を行う場合、全てのサブキャリアで同一種類の信号を送る場合、信号の重要度は各サブキャリアで同一だが、必ずしも全てのサブキャリアで同一の重要度の信号を送信するとは限らない。システムによっては特定のサブキャリアで制御信号や報知信号を送信する場合もあり、これらの信号を正しく受信することは他のサブキャリアを受信するよりも重要な場合がある。
また、非特許文献2や3ではパイロット信号が特定のサブキャリア(以下パイロットサブキャリアと呼ぶ)で送信されており、パイロットサブキャリアの受信精度が低いと、他のサブキャリアの受信にも悪影響を与える可能性がある。
このように、システムによっては特定のサブキャリアを他のサブキャリアよりも高い精度で受信する必要があり、チャネル推定も高い精度が要求されることもある。
そこで、本実施形態では以上の問題に鑑み、全てのサブキャリアのチャネル推定を均一にサブキャリア間干渉から保護するのではなく、特定のサブキャリアのみ手厚く保護する方式を無線送信方法として用いる。
本発明の無線送信方法におけるチャネル推定用既知信号の一例を図10に示す。図10におけるチャネル推定用既知信号は第1シンボルと第2シンボルから構成され、第1シンボルで送信されるサブキャリアと第2シンボルで送信されるサブキャリアの配置を示している。
図10の例では+7番目と−7番目のサブキャリアが保護されるサブキャリアであり、第1シンボルでは−7番目のサブキャリアの上下2つずつのサブキャリア(−7番目のサブキャリアより高い周波数の−6番目及び−6番目のサブキャリアと、−7番目のサブキャリアよりも低い周波数の−8番目及び−9番目のサブキャリア)と、−7番目のサブキャリアと中心周波数を軸として対称な位置に相当する+7番目のサブキャリアでは信号が送信されていない。
第2シンボルについては、+7番目のサブキャリアで信号が送信され、+7番目のサブキャリアの上下2つずつのサブキャリア(+7番目のサブキャリアより高い周波数の+8番目及び+9番目のサブキャリアと、+7番目のサブキャリアよりも低い周波数の+6番目及び+5番目のサブキャリア)と、−7番目のサブキャリアで信号が送信されていない。
このようにチャネル推定用既知信号を構成することにより、+7番目および−7番目のサブキャリアは無線受信装置におけるチャネル推定時に隣接する上下2サブキャリアずつと中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアからの干渉が生じず、チャネル推定の精度を高めることができる。
また、図10に示したサブキャリア配置は第1シンボルと第2シンボルが中心周波数を軸として対称なサブキャリア配置になっていることがわかる。よって、第1シンボルと第2シンボルで送信される信号系列を次式を満たす系列で構成することで、図3に示したように無線送信装置を構成することによって、無線送信装置は第1シンボル(または第2シンボル)の時間領域の波形のみを保存し、メモリに保存していない第2シンボル(または第1シンボル)を送信する場合はメモリに保存した第1シンボル(または第2シンボル)の直交チャネルの信号のみ符号を反転することによって、既知信号生成部151は第2シンボルを出力することができる。
ただし、p-k(2)は第2シンボルの-k番目のサブキャリア、pk(1)は第1シンボルのk番目のサブキャリアで送信される信号を表している。
以上説明したチャネル推定用既知信号をフレームフォーマットにしたがって送信する点は第1及至第5の実施形態と同一であり、詳細な説明はここでは省略する。
一方、チャネル推定は+7番目と−7番目のサブキャリアおよびそれぞれの上下2つずつのサブキャリア(±5、±6、±8、±9)については第1の実施形態で説明した方式と同様に推定することができ、その他のサブキャリアについては、次式(16)のようにして推定することができる。
なお、無線受信装置におけるチャネル推定方式は本発明の要旨ではなく、式(16)以外のいかなる手法を用いても構わない。
以上、本実施形態のチャネル推定用既知信号として図10のサブキャリア配置の信号を送信する無線送信方法および無線送信装置について説明したが、図10のサブキャリア配置に限定するものではない。
例えば、第1シンボルと第2シンボルのサブキャリア配置は、保護する特定のサブキャリア周辺の任意の数のサブキャリアで既知信号を送信しないように定められていてもよい。また、既知信号を送信するサブキャリア配置は、図1または図7〜図9に示したようなサブキャリア配置でもよく、この場合には、特定のサブキャリアを保護するとともに、サブキャリア間干渉の影響を抑圧することができる。保護すべき特定のサブキャリアで信号を送信するシンボルは当該サブキャリアに隣接するより多くのサブキャリアで信号を送信しない配置にしてもよい。
また、保護すべき特定のサブキャリアが信号を送信するシンボル数が他のサブキャリアよりも減少している場合は、当該サブキャリアの送信電力を他のサブキャリアよりも大きく設定しても構わない。
その他、図11に示したように保護すべき特定のサブキャリアに隣接するサブキャリアのみがチャネル推定用既知信号を送信しないサブキャリア配置で既知信号系列を送信し、該既知信号が送信されなかったサブキャリアについては第4の実施形態と同様に無線受信装置に補間処理を適用させても構わない。
以上説明したように、上記第6の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でも、予め定めた特定サブキャリアのチャネル応答推定値にふくまれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、該サブキャリアの受信精度を高めることができる。
さらに、チャネル推定用既知信号としてメモリに保存する信号の数を削減できる構成にすることによって回路規模を削減し、消費電力を低下させた無線送信装置を提供することができる。
[第7の実施形態]
第7の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第7の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態では、第5の実施形態と同様、無線送信装置の構成は図3または図4と同様である。また、チャネル推定用既知信号が無線受信装置におけるチャネル推定時に隣接する2つのサブキャリアだけでなく他のサブキャリアからの干渉も受けにくい構成になっている点も第5の実施形態と同様である。
本実施形態が第5の実施形態と異なる点は、チャネル推定用既知信号のサブキャリア配置と該既知信号系列である。すなわち、隣接するサブキャリアから信号を送信しないだけでなく、既知信号の送信に用いる隣接サブキャリアに一次独立な系列を割り当てることによって両隣だけでなく隣接する複数のサブキャリアからの干渉を防ぐ点である。
具体的な信号系列の例として、+1および−1のみで直交する系列を割り当てる方式を例に図12を用いて詳細について説明する。
図12において、実線で示したサブキャリアは第1シンボルと第2シンボルで同一の信号を送信するサブキャリア、破線で示したサブキャリアは第2シンボルで第1シンボルと異なる符号で送信するサブキャリアを表しており、図12の例では−12、−8、−4、+2、+6、+10番目のサブキャリアは同一信号を送信し、−10、−6、−2、+4、+8番目のサブキャリアは第2シンボルで第1シンボルと異なる符号の信号を送信する。また、−11、−7、−3、+1、+5、+9番目のサブキャリアは第3シンボルと第4シンボルで同一信号を送信し、−9、−5、−1、+3、+7、+11番目のサブキャリアは第3シンボルと第4シンボルで異なる符号の信号を送信する。
本実施形態の無線送信方法は、図12に示したようなチャネル推定用既知信号を有するシンボルを送信する。次に、このようなチャネル推定用既知信号が送信された場合の無線受信装置におけるチャネル推定について説明する。
無線受信装置では第1シンボルと第2シンボル、または第3シンボルと第4シンボルで同一信号が送信されるサブキャリアにおいてチャネル推定を行う場合は、第1シンボルと第2シンボルの受信信号を同相加算し、第3シンボルと第4シンボルの受信信号を同相加算する。この結果、雑音の影響を緩和するとともに、2つ離れたサブキャリアで送信された信号からの干渉は逆相で加算されるため、2つ離れたサブキャリアからの干渉も抑圧することができる。さらに、中心周波数を軸として対称な位置にある、中心周波数よりも高い周波数の偶数番目のサブキャリアの信号も逆相で加算されるため、抑圧することができ、第2および第3の実施形態と同様に、チャネル推定結果に含まれる隣接する上下3つずつのサブキャリアからの干渉および中心周波数を軸として対称なサブキャリアからの干渉を抑圧することができる。
同様に、第1シンボルと第2シンボル、または第3シンボルと第4シンボルで異なる符号の信号が送信されているサブキャリアは、2つのシンボルの受信信号の差分をそれぞれ求める。この結果、同符号が送信されている偶数番目のサブキャリアおよび中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアからの干渉は逆相で加算され、チャネル推定結果に含まれるサブキャリア間の干渉を抑圧することができる。
なお、中心周波数よりも高い周波数のサブキャリアについても同様の効果が得られ、直交する系列を用いることによって、第1及至第3の実施形態と同様にチャネル推定結果に含まれるサブキャリア間干渉の影響を削減することができる。
なお、干渉信号を抑圧するための直交系列として、+1と−1から構成される単純な信号について説明をしたが、この場合に限るものではない。
例えば、図12に示した実線のサブキャリアでは第2シンボルで位相を90度回転して送信し、破線のサブキャリアでは第2シンボルで位相を−90度回転して送信してもよい。
また、チャネル推定用既知信号を3シンボル以上用いて、第5の実施形態と同様に、3サブキャリアおき、あるいは4サブキャリアおきに既知信号を送信するサブキャリアを定めても良い。
直交系列には、さらに、Walsh-Hadamard符号やFourier Matrixなどもある。本実施形態では、どのような直交系列を用いてもよい。隣接するサブキャリア間で直交する信号系列が割り当てられている、またはさらに中心周波数を軸として対称なサブキャリアに直交する系列が割り当てられていればいかなる系列を用いても構わない。
その他、第2の実施形態や第3の実施形態で示した図7のサブキャリア配置で同様に直交系列を適用しても構わない。
さらに、第6の実施形態のように、OFDMシンボルに含まれる複数のサブキャリアのうち、パイロット信号を送信するサブキャリアなどのある特定のサブキャリアを保護するために、図10や図11に示したように、該特定のサブキャリアに隣接するサブキャリアで既知信号を送信しないようにする代わりに、該特定のサブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で直交する既知信号系列を用いることもできる。さらに、該特定のサブキャリアと、中心周波数を軸として該特定のサブキャリアと対称な位置にあるサブキャリアとの間で直交する既知信号系列を用いてもよい。
以上説明したように、上記第7の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でも、干渉除去処理を適用することなく無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも干渉除去処理を適用することなく無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
[第8の実施形態]
第8の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第8の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態における無線送信方法は、チャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第1及至第7の実施形態と同様である。中心周波数を軸として対称なサブキャリアからの干渉を防ぐ構成になっている点は第2及至第7の実施形態と同様である。また、無線送信装置の構成は図3または図4と同様である。
本実施形態が第1及至第7の実施形態と異なる点は、チャネル推定用既知信号として同一シンボルを複数回送信する点である。
式(4)や式(5)に示したように、受信信号には一般に雑音が含まれるため、正確にチャネル推定を行うことは困難になる。そこで、本実施形態では図13に示すように同一のシンボルを複数回送信する。
図13では、第1シンボルaと第1シンボルbは同一シンボルであり、第2シンボルaと第2シンボルbが同一シンボルとなっている。このように複数の既知信号を送信し、受信装置でチャネル推定を行う際に第1シンボルaと第1シンボルbおよび第2シンボルaと第2シンボルbをそれぞれ同相加算することによって雑音の影響を緩和することができる。
また、チャネル推定用既知信号を有するシンボルが図1や図7に示したサブキャリア配置であれば、受信装置でチャネル推定を行う際に既知信号系列で除算した後の受信信号を同相加算することによって同一の効果が得られる。従って、第1シンボルaと第1シンボルbは異なる信号系列でも構わない。
その他、同一シンボルを複数回送信する際は、図14に示すようにガードインターバルを先頭シンボルのみに付加しても構わない。
以上説明したように、上記第8の実施形態によれば、OFDM伝送において隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でもチャネル応答推定値にふくまれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
さらに、複数の同一構成の既知信号を送信することによって受信装置がチャネル推定を行う際に同相加算を行うことができ、チャネル推定の精度を高めることができる。
[第9の実施形態]
第9の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
第9の実施形態における無線送信方法および無線送信装置について説明する。
本実施形態における無線送信方法は、チャネル推定用既知信号として隣接するサブキャリアからの干渉を防ぐ構成のOFDMシンボルを送信する点は第1及至第4の実施形態と同様であり、中心周波数を軸として対称なサブキャリアからの干渉を防ぐ構成になっている点は第2及至第4の実施形態と同様である。また、無線送信装置の構成は図3または図4と同様であり、第1及至第4の実施形態における無線送信装置の構成と同様である。
本実施形態が第1及至第4の実施形態と異なる点は、OFDM信号が複数の送信アンテナを用いて信号を送信するMIMO(Multi Input Multi Output)−OFDM伝送に拡張されている点である。
本実施形態に係るチャネル推定用既知信号の構成について、図15を用いて説明する。
MIMO伝送で複数の信号(図15ではストリームと記載している)を空間多重して送信する場合、または複数のアンテナから並列して異なる信号を送信する場合、ストリーム(または送信アンテナ)毎にチャネル応答を推定する必要がある。この場合、OFDM伝送と同様に既知の信号をそれぞれ送信することによってチャネル応答を推定することができるが、複数の信号が同時に送信されるため、任意の信号で各ストリーム(または各送信アンテナ)のチャネル応答を推定できるわけではない。MIMO伝送でチャネル推定を行うためには各ストリームからチャネル推定用既知信号として相互に一次独立な系列の信号を送信する必要があり、一般に直交系列が用いられる。
本実施形態におけるチャネル推定用既知信号をMIMO伝送に拡張する場合、第iシンボルのk番目のサブキャリアで送信するチャネル推定用既知信号をpk(i)とおくと、k番目のサブキャリアにおける各ストリームのチャネル推定用既知信号は次式(17)で表すことができる。
また、Skはk番目のサブキャリアにおけるm番目のストリームのチャネル推定用既知信号系列をm行目の行ベクトルとする行列、pkは第iシンボルのチャネル推定用既知信号をi番目の要素とするベクトル、Qkはk番目のサブキャリアで用いられるMIMO伝送路推定用の直交系列を表している。図15の例では、ストリーム数を2としており、Qkは次式(18)で表される系列を用いている。
さらに、一例として第1シンボルおよび第2シンボルとして図7に示したシンボルを用いる場合の5番目のサブキャリアと6番目のサブキャリアについて考える。図7の例の場合、5番目のサブキャリアでは第2シンボルで信号を送信せず、同様に6番目のサブキャリアでは第1シンボルで信号を送信しない。よって、式(19)は以下のように表すことができる。
このように、先頭2シンボルが送信されている区間では5番目のサブキャリアでは信号を送信するものの、6番目のサブキャリアからは信号が送信されないため、隣接するサブキャリアからの干渉を受けずにチャネル応答を推定することができる。同様に、3シンボル目と4シンボル目が送信されている区間は5番目のサブキャリアからは信号が送信されていないため、3シンボル目と4シンボル目を用いて6番目のサブキャリアにおけるチャネル応答を推定する際に隣接するサブキャリアからの干渉を受けない。このように、式(17)に示したようにチャネル推定用既知信号を構成することにより、MIMO−OFDM伝送においても、チャネル推定時に隣接するサブキャリアからの干渉を抑圧することが可能であり、チャネル推定の精度を高めることができる。
なお、図15の例では第1シンボルと第2シンボルに同一の直交系列を割り当てたが、図16に示すように、第1シンボルと第2シンボルに異なる直交系列を割り当てても構わない。また、直交系列として1と−1のみを用いた簡易な系列を用いる場合を例に説明したが、第7の実施形態で示したように、他の直交系列を用いても構わないし、直交系列ではなく一次独立な系列を用いても構わない。
その他、MIMO伝送ではなく、図17に示すように複数のユーザが同時に信号を送信するマルチユーザMIMO伝送におけるチャネル推定用既知信号として本実施形態におけるチャネル推定用既知信号を用いても同様な効果が得られる。
また、チャネル推定用既知信号として図7に示したサブキャリア構成の場合、中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリアからの干渉も第2の実施形態と同様に抑圧することができており、各サブキャリアに割り当てる系列を第3の実施形態のように設定することによって送信装置のメモリサイズを省略することもできる。さらに、第5の実施形態や第7の実施形態のようにサブキャリアや信号系列を構成することによって両隣のサブキャリアだけでなく隣接する複数のサブキャリアからの干渉を防ぐことができ、第8の実施形態と同様に同一シンボルを複数シンボル送信することも可能である。
以上説明したように、上記第9の実施形態によれば、MIMO-OFDM伝送やOFDM信号を用いたマルチユーザMIMOにおいて隣接するサブキャリアから干渉が生じる環境下でもチャネル応答推定値にふくまれるサブキャリア間干渉を抑圧し、無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
また、中心周波数を軸として対称なサブキャリアから干渉が生じる場合でも無線受信装置に精度の高いチャネル推定を実現させることができ、高精度な復調を適用させることができる。
さらに、複数の同一構成の既知信号を送信することによって受信装置がチャネル推定を行う際に同相加算を行うことができ、チャネル推定の精度を高めることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
Claims (23)
- 複数のサブキャリアを含み、隣接するサブキャリア間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルを生成する生成手段と、
前記OFDMシンボルを送信する送信手段と、
を具備したことを特徴とする無線送信装置。 - 前記OFDMシンボル毎に前記既知信号系列を送信するサブキャリアは異なり、且つ各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは隣接しないことを特徴とする請求項1記載の無線送信装置。
- 各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にあることを特徴とする請求項2記載の無線送信装置。
- 前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリア間で互いに直交することを特徴とする請求項2記載の無線送信装置。
- 前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの前記中心周波数を軸として対称な位置にある2つのサブキャリアのうちの一方で送信される既知信号の複素共役信号と、他方のサブキャリアで送信される既知信号とが等しいことを特徴とする請求項3記載の無線送信装置。
- 各OFDMシンボルに含まれる前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアが、M(Mは1以上の正の整数)サブキャリアおきに定められていることを特徴とする請求項2記載の無線送信装置。
- 前記生成手段は、
前記複数のOFDMシンボルのうちの第1のOFDMシンボルの時間領域の信号を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶されている前記時間領域信号の同相チャネルの信号及び直交チャネルの信号のうちの少なくとも一方を反転することにより、前記複数のOFDMシンボルのうちの第2のOFDMシンボルを生成する手段と、
を含むことを特徴とする請求項5記載の無線送信装置。 - 複数のサブキャリアを含み、該複数のサブキャリアのうちの予め定められた特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルを生成する生成手段と、
前記OFDMシンボルを送信する送信手段と、
を備える無線送信装置。 - 前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記特定サブキャリアに隣接しないことを特徴とする請求項8記載の無線送信装置。
- 前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で直交することを特徴とする請求項8記載の無線送信装置。
- 前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として前記特定サブキャリアと非対称な位置にあることを特徴とする請求項9記載の無線送信装置。
- 前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアと、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として該特定サブキャリアと対称な位置にあるサブキャリアとの間で直交することを特徴とする請求項10記載の無線送信装置。
- 複数のサブキャリアを含み、隣接するサブキャリア間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルを生成する生成ステップと、
前記OFDMシンボルを送信する送信ステップと、
を含む無線送信方法。 - 前記OFDMシンボル毎に前記既知信号系列を送信するサブキャリアは異なり、且つ各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは隣接しないことを特徴とする請求項13記載の無線送信方法。
- 各OFDMシンボルの前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として非対称な位置にあることを特徴とする請求項14記載の無線送信方法。
- 前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として対称な位置にあるサブキャリア間で互いに直交することを特徴とする請求項14記載の無線送信方法。
- 前記既知信号系列は、前記複数のサブキャリアの前記中心周波数を軸として対称な位置にある2つのサブキャリアのうちの一方で送信される既知信号の複素共役信号と、他方のサブキャリアで送信される既知信号とが等しいことを特徴とする請求項15記載の無線送信方法。
- 各OFDMシンボルに含まれる前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアが、M(Mは1以上の正の整数)サブキャリアおきに定められていることを特徴とする請求項2記載の無線送信装置。
- 複数のサブキャリアを含み、該複数のサブキャリアのうちの予め定められた特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で一時独立な既知信号系列を有するチャネル推定用の1または複数のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルを生成する生成ステップと、
前記OFDMシンボルを送信する送信ステップと、
を含む無線送信方法。 - 前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記特定サブキャリアに隣接しないことを特徴とする請求項19記載の無線送信方法。
- 前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアとこれに隣接するサブキャリアとの間で直交することを特徴とする請求項19記載の無線送信方法。
- 前記複数のサブキャリアのうち前記既知信号系列を送信するサブキャリアは、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として前記特定サブキャリアと非対称な位置にあることを特徴とする請求項20記載の無線送信方法。
- 前記既知信号系列は、前記特定サブキャリアと、前記複数のサブキャリアの中心周波数を軸として該特定サブキャリアと対称な位置にあるサブキャリアとの間で直交することを特徴とする請求項21記載の無線送信方法。
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