JP2009147498A - 送信機、送信機制御方法、送信機制御プログラム、受信機、受信機制御方法、受信機制御プログラム及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＱインバランスを簡単に補正すること。
【解決手段】ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機であって、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部とを備え、前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＦＤＭ方式を利用した送信機、送信機制御方法、送信機制御プログラム、受信機、受信機制御方法、受信機制御プログラム及び無線通信システムに関する。

無線通信システムにおいて、受信機は高周波である搬送波帯域の受信信号をベースバンド帯域におとすダウンコンバートを行う必要がある。このとき、受信信号をＩｃｈ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｎｅｌ、同相チャネル）とＱｃｈ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｎｅｌ、直交チャネル）に分解するためにπ／２位相シフト器が必要となる。しかしながら、高周波の信号の位相を正確にπ／２シフトさせることは極めて困難であり、ＩｃｈとＱｃｈ間に振幅差および位相回転が生じる。これをＩＱインバランスといい、受信信号の復調精度を劣化させる原因となる。

このようなＩＱインバランスを補正する方法として、特許文献１では、ＩＱ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）平面上のＩ軸、Ｑ軸などに対して対称となるように座標変換してサブキャリアパターンを生成する方法が述べられている。

一方、近年、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、直交波周波数分割多重）技術に基づく移動通信方式、及び、ＯＦＤＭ技術と他の通信技術、例えば、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ、マルチ入力マルチ出力）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、符号分割多重接続）等との組み合わせに基づく移動通信方式の検討が盛んに行われている。携帯電話の標準化を行っている３ＧＰＰ（Ｔｈｅ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ、第三世代パートナーシッププロジェクト）において次世代の仕様を検討しているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）でもダウンリンクの通信方式としてＯＦＤＭ技術の採用が決定されている。

ＬＴＥではダウンリンクの既知シンボル(パイロットシンボル)に相当するリファレンスシグナルを制御シンボルや情報シンボルよりも電力を増幅して送信するパワーブーストが検討されている。
非特許文献１ではリファレンスシグナルのパワーブーストとそれに関連する課題について述べられている。また、非特許文献１によると、パワーブーストを行うとき、同一時刻に送信される他のサブキャリア成分にヌルサブキャリア(パンクチャードデータシンボル)を割り当てることが必要となる。
また、非特許文献２によると、ＬＴＥでは、ダウンリンクのリファレンスシグナルを配置するサブキャリアはある程度決められている
特開２００７−１４２６７４号公報 ３ＧＰＰ Ｒ１−０７１６４０ "ＰｏｗｅｒＢｏｏｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ ｉｎ Ｅ−ＵＴＲＡ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ" ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ Ｖ１．２．０

しかしながら、ＬＴＥが検討しているダウンリンクの通信方式において、特許文献１のＩＱインバランスを補正する方法を適用するには問題がある。ＬＴＥでは、ダウンリンクのリファレンスシグナルを配置するサブキャリアはある程度決められている。よって、自由な配置でサブキャリアパターンを生成することができず、該ＩＱインバランスを補正する方法を適用することは困難である。
さらに、リファレンスシグナルのパワーブーストを行った場合にはヌルサブキャリアパターンを生成する必要があるため、ＩＱインバランスの補正効率を高めることができないという問題点がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＱインバランスを簡単に補正することができる送信機、送信機制御方法、送信機制御プログラム、受信機、受信機制御方法、受信機制御プログラム及び無線通信システムを提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機であって、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部とを備え、前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機である。
本発明では、上記のようにリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルを配置することにより、受信機は簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。

また、上記送信機において前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置する。
本発明では、上記のようにリファレンスシグナルとヌルシンボルを配置することにより、受信機は簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。また、リファレンスシグナルの配置が決まっている場合、上記のようにヌルシンボルの配置も決まるので、常にサブキャリアパターンを生成することができる。さらに、リファレンスシグナルと対称な位置にヌルシンボルを対応させることにより、受信機は、常にＩＱインバランスの推定が可能である。

また、本発明は、ＯＦＤＭ方式とＭＩＭＯ技術とを利用した無線通信を行う複数のアンテナを備える送信機であって、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を前記アンテナ毎に所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部とを備え、前記シンボル配置部が、前記アンテナ毎に、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機である。
本発明では、ＭＩＭＯ技術を利用し、通信の高速化を図ることができる。この場合においても、上記のようにリファレンスシグナルとヌルシンボルを配置することにより、受信機は、簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。
また、複数のアンテナで複数のヌルシンボルを送信することにより、受信機はデータの復調精度をさらに高めることができる。

また、上記送信機において前記シンボル配置部は、前記アンテナ毎に、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置する。
本発明では、上記のようにリファレンスシグナルとヌルシンボルを配置することにより、受信機は簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。また、リファレンスシグナルの配置が決まっている場合、上記のようにヌルシンボルの配置も決まるので、常にサブキャリアパターンを生成することができる。さらに、リファレンスシグナルと対称な位置にヌルシンボルを対応させることにより、受信機は、常にＩＱインバランスの推定が可能である。

また、上記送信機において前記シンボル配置部は、ヌルシンボルを配置して前記リファレンスシグナルの電力を増幅する場合に、該ヌルシンボルを、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して前記リファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに配置する。
本発明では、送信機がリファレンスシグナルの電力を増幅するために割当てが必要になるヌルシンボルを、受信機がＩＱインバランスを簡単に推定できるように配置し、有効に活用している。

また、上記送信機において前記シンボル配置部は、送信機が前記リファレンスシグナルの配置を所定のフレーム単位で周波数軸方向にシフトさせる場合、該シフトに応じてヌルシンボルの配置を、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対してリファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに変更する。
本発明では、リファレンスシグナルを上記のようにシフト場合でも、受信機は簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。該シフトにより、送信機ごとに異なった周波数でリファレンスシグナルを利用することができる。

また、上記送信機において前記シンボル配置部は、送信機が前記リファレンスシグナルの配置を所定のフレーム単位で周波数ホッピングさせる場合、該周波数ホッピングに応じてヌルシンボルの配置を、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対してリファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに変更するである。
本発明では、リファレンスシグナルを周波数ホッピングする場合でも、受信機は簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。該周波数ホッピングにより、耐障害性が高く、通信の秘匿性も優れた通信ができる。

また、本発明は、請求項１に記載の送信機から送信されるＲＦ信号を受信する受信機であって、前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する無線部と、前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定するＩＱインバランス推定部と、前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部とを備えたことを特徴とする受信機である。
本発明では、受信機は、受信したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルに基づいて簡単にＩＱインバランスを推定し、ＩＱインバランスの補正を行うことで、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。
また、複雑な行列演算を要しないことから、演算処理を軽減することができる。

また、本発明は、請求項３に記載の送信機から送信されるＲＦ信号を受信する複数のアンテナを備える受信機であって、前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する前記アンテナ毎に設けられた無線部と、前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機の前記アンテナ毎のＩＱインバランス補正値を推定し、該補正値のアンテナ全体での平均値を算出し、該平均値をＩＱインバランス補正値と推定するＩＱインバランス推定部と、前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部と、を備えたことを特徴とする受信機である。
本発明では、ＭＩＭＯ技術を利用し、通信の高速化を図ることができる。この場合においても、受信したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルに基づいて簡単にＩＱインバランスを推定し、ＩＱインバランスの補正を行うことで、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。
また、複数アンテナの受信機は、アンテナ毎に設けられた無線部のＩＱインバランス補正値をアンテナ全体で平均してＩＱインバランス補正値の精度を高めることで、データの復調精度をさらに高めることができる。

また、上記受信機において前記フーリエ変換処理部は、前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い前記周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、リファレンスシグナルの配置を特定して該配置に基づきヌルシンボルとデータシグナルの配置を特定し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するである。
本発明では、ヌルシンボルに対し、上記のようにデータシンボルを配置する場合、データシンボルがヌルであるとＩＱインバランスを推定できないが、リファレンスシグナルはヌルではないので、受信機は、常にＩＱインバランスを推定できる。

また、上記受信機において前記ＩＱインバランス推定部は、前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルの電力が所定の電力よりも高いものだけを選択して受信機のＩＱインバランス補正値を推定し、該補正値の平均値を算出し、該平均値をＩＱインバランス補正値と推定する。
本発明では、ＩＱインバランス補正値の精度を高めることができ、データの復調精度をさらに高めることができる。

また、上記受信機において前記ＩＱインバランス推定部は、通信初期時、または一定周期毎にＩＱインバランス補正値の推定をすることを特徴とする。
本発明では、受信機は、推定部のＩＱインバランス推定動作を最小限に抑えることができ、消費電力を減らし、バッテリの消耗を低減できる。

また、上記受信機において前記フーリエ変換処理部は、予め決定されたヌルシンボルの配置を用いて、前記ヌルシンボルを特定することを特徴とする。
本発明では、予めシンボルの配置が決定されており、ＩＱインバランスの推定が容易である。

また、上記受信機において前記フーリエ変換処理部は、請求項１又は請求項３に記載の送信機から送信されるヌルシンボルの配置情報により、前記ヌルシンボルを特定するである。
本発明では、送信機側で配置シンボルの配置変更ができるので、柔軟な配置変更に対応できる。

また、本発明は、ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機と受信機からなる通信システムであって、前記送信機は、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部とを備え、前記受信機は、前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する無線部と、前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定するＩＱインバランス推定部と、前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部とを備え、前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする無線通信システムである。

また、本発明は、ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機の制御方法であって、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置する第１の過程と、第１の過程が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する第２の過程と、第２の過程が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する第３の過程とを有し、第１の過程は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機制御方法である。

また、本発明は、請求項１６に記載のＲＦ信号を受信する受信機の制御方法であって、前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する第１の過程と、第１の過程が変換したベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出する第２の過程と、第２の過程が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定する第３の過程と、第３の過程が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行う第４の過程と、を有する受信機制御方法である。

また、本発明は、ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機のコンピュータに、所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置手段と、前記配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理手段と、前記生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する送信手段とを実行させ、前記シンボル配置手段は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機制御プログラムである。

また、本発明は、請求項１８に記載のＲＦ信号を受信する受信機のコンピュータに、前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する受信手段と、前記変換したベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理手段と、前記抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定する推定手段と、前記推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行う補正手段とを実行させる受信機制御プログラムである。

本発明によれば、ＩＱインバランスを簡単に補正できるので、データの復調精度を大きく高めることができる。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明のＯＦＤＭ方式を利用した送信機及び受信機からなる無線通信システムの第1の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態が備える送信機を有する基地局装置Ａ、及び、受信機を有する端末装置Ｂの概略図である。
基地局装置Ａから無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）が送信される。端末装置Ｂは、該信号を、伝搬路によるチャネル応答ｈ（ｔ）の影響を受けた無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ’（ｔ）として受信する。

まず、送信機の説明をする。図２は、本実施形態である基地局装置Ａが備える送信機の概略的ブロック図である。送信機は、変調部１０１とシンボル配置部１０２とＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、逆高速フーリエ変換）処理部１０３と無線部１０４と送信アンテナ１０５からなる。

変調部１０１は、入力された送信する情報や制御情報であるデータを変調し、シンボル配置部１０２に出力する。例えば、変調部１０１は、通信環境がよい場合、情報データを６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、６４直交振幅変調）、制御データをＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、四相位相偏移変調）に変調する。
また、既知シンボルやパイロットシンボルに相当するリファレンスシグナルＲＳやヌルＮｕｌｌが、シンボル配置部１０２に入力される。ここで、ヌルは何もないシンボル（０値）を意味している。

シンボル配置部１０２は、変調部１０１から入力されたデータと、入力されたリファレンスシグナルＲＳとヌルＮｕｌｌを、それぞれ、データシンボル、リファレンスシグナル、ヌルシンボルとして、所定の配置方法で配置（以下、シンボル配置という）し、ＩＦＦＴ処理部１０３へ出力する。

以下、図３を参照しながら、シンボル配置部１０２の前記シンボル配置方法を説明する。図３は第１の実施形態のシンボル配置図である。図３の縦軸は周波数、横軸は時間である。また、図３では、周波数を間隔ｆ₀Ｈｚ、時間を所定の時間間隔で分割し、領域を区分している。そして、各領域では、ＯＦＤＭシンボルを配置することができる。
なお、後述するように図３で配置したＯＦＤＭシンボルを逆高速フーリエ変換することにより、ＯＦＤＭ信号ｕ（ｔ）が生成される。つまり、図３の周波数はＯＦＤＭ信号ｕ（ｔ）の周波数であり、前述の各領域は時間毎のサブキャリアに相当する。

シンボル配置部１０２は、リファレンスシグナルとヌルシンボルを、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数になるＯＦＤＭシンボルに配置する。例えば、図３では、中心周波数を０Ｈｚとし、周波数が４ｆ₀Ｈｚの領域にリファレンスシグナルを配置すると、ヌルシンボルの領域は周波数が−４f₀Ｈｚの領域となる。なお、図３において、空白の領域にはデータシンボルを配置する。

ＩＦＦＴ処理部１０３は、シンボル配置部１０２が配置したＯＦＤＭシンボルを、逆高速フーリエ変換を用いて、時間領域のＯＦＤＭ信号ｕ（ｔ）に変換し、無線部１０４に出力する。

無線部１０４は、ＩＦＦＴ処理部１０３から入力された信号を中心周波数がｆ_ｃである無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）に変調し、送信アンテナ１０５は、該信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、高周波）信号として受信機へ送信する。

次に、受信機の説明をする。図４は、本実施形態である端末装置Ｂが備える受信機の概略的ブロック図である。受信機は、受信アンテナ２０１と無線部２０２とＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、高速フーリエ変換）処理部２０３とＩＱインバランス推定部２０４とＩＱインバランス補正部２０５とチャネル推定部２０６と復調部２０７からなる。

受信アンテナ２０１は、送信機から送信されたＲＦ信号を受信し、無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ’（ｔ）を無線部２０２に出力する。

無線部２０２は、前記受信アンテナから入力された無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ’（ｔ）をベースバンド帯のＯＦＤＭ信号ｒ（ｔ）に変更する。そして、無線部２０２は、ＯＦＤＭ信号ｒ（ｔ）をＦＦＴ処理部２０３へ出力する。

ここで、無線部２０２の有するダウンコンバート部について説明する。図５は、本実施形態である無線部２０２が備えるダウンコンバート部の概略的ブロック図である。ダウンコンバート部は、周波数ｆ_ｃの発振器５０１とπ／２位相シフト器５０２と乗算器５０３、５０４とＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）５０５、５０６とを有する。
受信アンテナ２０１から入力された無線周波数帯のＯＦＤＭ信号ｓ’（ｔ）は、発振器５０１から発信された周波数ｆ_ｃの信号及びπ／２位相シフト器５０２により位相をπ／２シフトされた信号を利用し、乗算器５０３、５０４によって、同相成分と直交成分に分けられる。そして、該信号の同相成分と直交成分は、ＬＰＦ５０５、５０６を通り、同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈとなる。
このとき、π／２位相シフト器５０２は、高周波の信号の位相を正確にπ／２シフトさせることが一般には困難であり、ｃｏｓ（２πｆ_ｃｔ）のキャリア信号は、振幅がδになり、位相シフトがπ／２からΔずれてしまう。すなわち、δｃｏｓ（２πｆ_ｃｔ＋π／２＋Δ）＝−δｓｉｎ（２πｆ_ｃｔ＋Δ）のようになる。よって、該信号により抽出される同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈにも、振幅差及び位相差が生じる。これをＩＱインバランスといい、受信信号の復調制度を劣化させる原因となる。

ＦＦＴ処理部２０３は、高速フーリエ変換をしてＯＦＤＭシンボルを算出し、リファレンスシグナルとヌルシンボルとデータシンボルを抽出する。ＦＦＴ処理部２０３は、まず、シンボル配置を特定する。
具体的には、ＦＦＴ処理部２０３は、図３におけるリファレンスシグナルの領域に相当するサブキャリアを特定する。該リファレンスシグナルのサブキャリアが特定できると、中心周波数（０Ｈｚ）に対して対称な位置に配置したヌルシンボルのサブキャリアを特定でき、さらに、リファレンスシグナルとヌルシンボル以外である、データシンボルのサブキャリアも特定できる。
リファレンスシグナルのサブキャリアを特定する方法として、例えば、（１）リファレンスシグナルのサブキャリアを予め決めておき、受信機はそのサブキャリアの情報を記憶し、リファレンスシグナルのサブキャリアの特定する方法、（２）送信機がリファレンスシグナルのサブキャリアの情報を含む制御信号（報知チャネル等）を受信機に送信し、受信機は送信機から受信した制御信号を復調し、リファレンスシグナルのサブキャリアを特定する方法、（３）リファレンスシグナルのサブキャリアの情報と基地局識別子（セルＩＤ）を関連づけておき、受信機は該関連情報を記憶し、送信機から受信した基地局識別子を復調して該基地局識別子と前記関連情報の対応によりリファレンスシグナルのサブキャリアを特定する方法、がある。
前記（２）、（３）の方法では、送信機によりリファレンスシグナルのサブキャリアを柔軟に変更できる。さらに、前記（３）の方法は、送信機セルの検索（セルサーチ）処理の一環として処理できる。

次に、ＦＦＴ処理部２０３は、無線部２０２から入力されたＯＦＤＭ信号ｒ（ｔ）を、高速フーリエ変換を用いて周波数領域の信号に変換し、前記特定したサブキャリアにあるＯＦＤＭシンボル、つまり、データシンボル（以下、受信データシンボルｄ’_ｓｙｍ）、リファレンスシグナル（以下、受信リファレンスシグナルＲＳ'）、ヌルシンボル（以下、受信ヌルＮｕｌｌ’）を抽出する。そして、ＦＦＴ処理部２０３は、受信データシンボルｄ’_ｓｙｍをＩＱインバランス補正部２０５に、受信リファレンスシンボルＲＳ’をＩＱインバランス補正部２０５およびＩＱインバランス推定部２０４に、受信ヌルＮｕｌｌ’をＩＱインバランス推定部２０４にそれぞれ出力する。

ＩＱインバランス推定部２０４は、ＦＦＴ処理部２０３から入力された受信リファレンスシンボルＲＳ’と受信ヌルＮｕｌｌ’により、ＩＱインバランスの補正値（以下、ＩＱインバランス補正値という）を推定する。以下、ＩＱインバランス推定部２０４によるＩＱインバランス補正値の推定方法を、具体的に説明する。

まず、ＩＱインバランスが受信したＯＦＤＭシンボルに与える影響について説明する。
送信機において、ベースバンド帯のＯＦＤＭ信号ｓ_Ｂ（ｔ）は式（１）、無線周波数帯でのＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）は式（２）のように表される。

ここで、複素ＯＦＤＭ信号ｕ（ｔ）を定義すると、式（３）、（４）が成り立つ。

複素ＯＦＤＭ信号ｕ（ｔ）のＩｃｈ信号ｕ_Ｉ（ｔ）、Ｑｃｈ信号ｕ_Q（ｔ）はそれぞれ式（５）、（６）のように表される。

次に、ＩＱインバランスの存在する受信機で復調される場合を説明する。ＩＱインバランスの影響を受けたキャリア信号のＩｃｈの振幅を １＋α、Ｑｃｈの振幅を１−αとし、Ｉｃｈの位相回転量を＋Δθ／２、Ｑｃｈの位相回転量を−Δθ／２ （ＩｃｈとＱｃｈの位相回転誤差がΔθ）とすると、同相キャリア信号および直交キャリア信号はそれぞれ式（７）、（８）のように表される。

受信機のアンテナで受信されるＯＦＤＭ信号ｓ’（ｔ）は、伝播路のチャネル応答をｈ_ｎとし、雑音の影響を無視すると式（９）のように表される。

式（７）、（９）よりＩｃｈのＬＰＦ通過後の受信ベースバンド信号 ｒ_I（ｔ）は式（１０）のように表わされ、式（８）、（９）よりＱｃｈのＬＰＦ通過後の受信ベースバンド信号ｒ_Q（ｔ）は式（１１）のように表される。

このとき、受信機の複素ＯＦＤＭ信号ｕ’（ｔ）、ｕ’（ｔ）のＩｃｈ信号ｕ’_I（ｔ）、Ｑｃｈ信号ｕ’_Q（ｔ）を式（１２）、（１３）、（１４）とする。

すると、式（１３）、（１４）より、式（１０）、（１１）は式（１５）、（１６）のように表される。

よって、受信信号の複素ベースバンド信号ｒ（ｔ）は式（１７）のように計算できる。

式（１０）より、ｎ＝ｋのサブキャリアの復調信号ｄ’_kは式（１８）のように表される。

したがって、ＩＱインバランスが存在するときのＯＦＤＭ復調信号に与える影響は、ｎ＝ｋとｎ＝−ｋのサブキャリアが互いに影響しあうこととなる。

次に、ＩＱインバランス推定部２０４によるＩＱインバランス補正値の推定方法を説明する。
本実施形態の送信機は、上述したように、図３において、リファレンスシグナルＲＳを、ＯＦＤＭ信号の中心周波数からプラスの方向へｋ番目の領域に対応するサブキャリアに配置し、ヌルシンボルＮｕｌｌを、リファレンスシグナルとＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称である中心周波数からマイナスの方向へｋ番目の領域に対応するサブキャリアに配置する。

よって、送信機でのリファレンスシグナルＲＳをｄ_k、ヌルシンボルＮｕｌｌをｄ_−ｋ、受信機で受信リファレンスシグナルＲＳ’をｄ’_ｋ、受信ヌルＮｕｌｌ’をｄ’_−ｋとすると、ｄ’_ｋは、式（１８）およびｄ_−ｋ＝０より、式（１９）になる。

式（１９）では、式（１８）の第２項がなくなっている。つまり、受信リファレンスシグナルＲＳ’は、送信機がヌルシンボルＮｕｌｌを、リファレンスシグナルＲＳとＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに配置することにより、該サブキャリアによるＩＱインバランスの影響を受けないこととなる。
また、ＩＱインバランス推定部に入力されるｄ’_−ｋは、式（１８）およびｄ_−ｋ＝０より、式（２０）のようになる。

式（２０）から、受信ヌルＮｕｌｌ’は、ヌルシンボルＮｕｌｌとＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数に配置されたリファレンスシグナルＲＳによるＩＱインバランスの影響のみを受けることとなる。
式（１９）および式（２０）からｈ_ｋｄ_ｋを消去すると式（２１）が得られる。

ここで、ｄ’_ｋを実部Ａ_ｋと虚部Ｂ_ｋを用いて表わすと、ｄ’_ｋ＝Ａ_ｋ＋ｊＢ_ｋ、ｄ’_−ｋ＝Ａ_−ｋ＋ｊＢ_−ｋと表わされ、式（２１）より式（２２）および（２３） となる。

式（２２）および（２３）から、ＩＱインバランスによる振幅歪みαおよび位相回転量Δθ（以下、ＩＱインバランス補正値という）は、受信リファレンスシグナルＲＳ’および受信ヌルＮｕｌｌ’のみ利用して推定することができる。

ＩＱインバランス推定部２０４は、前記推定したＩＱインバランス補正値をＩＱインバランス補正部２０５へ出力する。ＩＱインバランス補正部２０５は、ＩＱインバランス推定部２０４から入力されたＩＱインバランス補正値から、受信データシンボルｄ_ｓｙｍ’と受信リファレンスシグナルＲＳ’の補正を行う。以下、ＩＱインバランス補正部２０５のＩＱインバランス補正方法を説明する。

式（１８）より、式（２４）、（２５）が成り立つ。

式（２４）より式（２６）が成り立つ。

式（２５）のＵ（α、Δθ）^−１がＩＱインバランスの補正を行う行列である。ＩＱインバランス補正部２０５は、前記ＩＱインバランス推定部２０４が推定したα、Δθより、Ｕ（α、Δθ）^−１を計算し、ｄ’_ｎとｄ’_−ｎ ^＊をｄ’’_ｎとｄ’’_−ｎ ^＊に補正する。ここで、該補正は、それぞれＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数のサブキャリアに配置されたＯＦＤＭシンボル同士で補正することとなる。

ＩＱインバランス補正部２０５は、前記ＩＱインバランス補正方法を用いて、受信リファレンスシグナルＲＳ’と受信データシンボルｄ_ｓｙｍ’の補正を行い、ＩＱインバランス補正後の受信リファレンスシンボルＲＳ’’と受信データシンボルｄ_ｓｙｍ’’を、それぞれ、チャネル推定部２０６と復調部２０７へ出力する。

チャネル推定部２０７は、前記ＩＱインバランス補正部２０５から入力されたＩＱインバランス補正後の受信リファレンスシンボルＲＳ’’から、式（９）の伝搬路のチャネル応答式ｈ_ｎ（ｔ）を推定する。そして、チャネル推定部２０７は、推定した該チャネル応答を復調部へ出力する。

復調部２０７は、前記チャネル推定部２０６から入力されたチャネル応答を用いて、前記ＩＱインバランス補正部２０５から入力された受信データシンボルを復調する。具体的には、チャネル応答ｈ_ｎ（ｔ）から式（２５）のＨ_ｎ（ｔ）^−１計算し、該受信データシンボル（ｄ’’_−ｎとｄ’’_−ｎ ^＊）を、送信機でのデータシンボル（ｄ_−ｎとｄ_−ｎ ^＊）に補正し、データに復調する。

次に、本実施形態の送信機と受信機の動作について説明する。図６は、本実施形態の動作についてのフロー図である。ここでは、送信機はリファレンスシグナルのＯＦＤＭ配置情報を予め受信機へ送信している（Ｓ１０１）。
まず、送信機の動作について説明する。変調部１０１は入力されたデータを変調し（Ｓ１０２）、シンボル配置部１０２へ出力する。シンボル配置部１０２は、変調部１０１から入力されたデータと、入力されたリファレンスシグナルとヌルを、それぞれ、データシンボル、リファレンスシグナル、ヌルシンボルとしてＯＦＤＭシンボルに配置（Ｓ１０３）し、該情報をＩＦＦＴ処理部１０３へ出力する。ＩＦＦＴ処理部１０３は、シンボル配置部１０２から入力された情報を逆高速フーリエ変換し（Ｓ１０４）、変換した情報を無線部１０４に出力する。そして、無線部１０４は、ＩＦＦＴ処理部１０３から入力されたＯＦＤＭ信号を、送信アンテナ１０５を介して受信機へ送信する（Ｓ１０５）。

次に、受信機の動作について説明する。無線部２０２は、受信アンテナ２０１を介して送信機から送信されたＯＦＤＭ信号を取得し（Ｓ１０６）、ＦＦＴ処理部２０３へ出力する。ＦＦＴ処理部２０３は、リファレンスシグナルとヌルシンボルの領域を特定（Ｓ１０７）し、無線部２０２から入力されたＩＱインバランスの影響を受けたＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換し、受信データシンボルと、受信リファレンスシグナルと、受信ヌルを抽出する（Ｓ１０８）。そして、ＦＦＴ処理部２０３は、受信データシンボルをＩＱインバランス補正部２０５に、受信リファレンスシンボルをＩＱインバランス補正部２０５およびＩＱインバランス推定部２０４に、受信ヌルをＩＱインバランス推定部２０４にそれぞれ出力する。

ＩＱインバランス推定部２０４は、ＦＦＴ処理部２０３から入力された受信リファレンスシンボルと受信ヌルにより、ＩＱインバランス補正値を推定し（Ｓ１０９）、ＩＱインバランス補正部２０５へ出力する。ＩＱインバランス補正部２０５は、該ＩＱインバランス補正値から、受信データシンボルと受信リファレンスシグナルを補正し（Ｓ１１０）、該補正後の受信リファレンスシンボルと受信データシンボルを、それぞれ、チャネル推定部２０６と復調部２０７へ出力する。チャネル推定部２０７は、該補正後の受信リファレンスシンボルから、伝搬路のチャネル応答を推定（Ｓ１１１）し、復調部へ出力する。復調部２０７は、チャネル推定部２０６から入力されたチャネル応答を用いて、ＩＱインバランス補正部２０５から入力された受信データシンボルを補正し、データを復調する（Ｓ１１２）。

また、以下の方法を用いて前記ＩＱインバランス補正値を平均することにより、ＩＱインバランス補正値の精度を高めることができる。例えば、（１）ＯＦＤＭシンボル内にあるすべての受信リファレンスシグナルで推定したＩＱインバランス補正値を平均する方法、（２）ある時間間隔で推定したＩＱインバランス補正値を平均する方法、（３）受信リファレンスシグナルに対応する電力が所定の電力より高い受信リファレンスシグナルで推定したＩＱインバランス補正値を平均する方法、である。
なお、これらの方法は組み合わせることもでき、さらに前記ＩＱインバランス補正値の精度を高めることができる。
また、IQインバランスが時間的に大きく変化しない場合には、通信の初期時のみ、あるいは一定周期毎に推定を行う制御も可能である。

以上より、ＩＱインバランス推定部２０４は、送信機がリファレンスシグナルと中心周波数に対し対称な位置にヌルシンボルを配置することにより、複雑な行列演算を要さず、簡単にＩＱインバランス補正値を推定することができる。
また、リファレンスシグナルの配置が決まっている場合、上記のようにヌルシンボルの配置も決まるので、常にサブキャリアパターンを生成することができる。
さらに、式（１８）において、ｄ_k＝０及びｄ_−ｋ＝０であってはならないが、リファレンスシグナルはヌルではない（ｄ_k≠０）ので、受信リファレンスシグナルと受信ヌルにより、常にＩＱインバランス補正値の推定が可能である。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明のＯＦＤＭ方式を利用した送信機及び受信機からなる無線通信システムの第２の実施形態について詳しく説明する。
まず、送信機の説明をする。図７は、本実施形態である基地局装置が有する送信機の概略的ブロック図である。送信機は、複数（ｎ本）のアンテナを用いたＭＩＭＯ技術を適用した送信機であって、アンテナごとに、変調部３０１１〜３０１ｎと、シンボル配置部３０２１〜３０２ｎと、ＩＦＦＴ処理部３０３１〜３０３ｎと、無線部３０４１〜３０４ｎと、送信アンテナ３０５１〜３０５ｎとを備える。
ここで、送信アンテナ３０５１〜３０５ｎに対応するリファレンスシグナルＲＳ_１〜ＲＳ_ｎは、互いに干渉しないように周波数分割多重されている。
なお、後述の受信機側のアンテナをｍ本とし、ｎ×ｍのＭＩＭＯ（ｎ本の送信アンテナとｍ本の受信アンテナをサポートしたＭＩＭＯ）とする。

本実施形態の送信機については、第１の実施形態の送信機を複数用いたものであり、それぞれのシンボル配置部３０２１〜３０２ｎは、リファレンスシンボルＲＳ_１〜ＲＳ_ｎに対して、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称なサブキャリアにヌルＮｕｌｌ_１〜Ｎｕｌｌ_ｎを配置する。そして、シンボル配置部３０２１〜３０２ｎは、データｄａｔａ_１〜ｄａｔａ_ｎとともにＯＦＤＭシンボルの配置をする。
なお、シンボル配置部３０２１〜３０２ｎで配置されるＯＦＤＭシンボルに対応するＯＦＤＭ信号はｕ_１（ｔ）〜ｕ_ｎ（ｔ）であり、無線周波数帯でのＯＦＤＭ信号はｓ_１（ｔ）〜ｓ_ｎ（ｔ）である。他の構成要素が持つ機能については、第１の実施形態と同じであるので、説明は省略する。

次に、受信機について説明をする。図８は、本実施形態である端末装置の受信機の概略的ブロック図である。受信機は、複数の受信アンテナ４０１１〜４０１ｍと、各受信アンテナに対応した無線部４０２１〜４０２ｍと、ＦＦＴ処理部４０３１〜４０３ｍと、ＩＱインバランス補正部４０５１〜４０５ｍとを備え、また、各アンテナで共有するＩＱインバランス推定部４０４とチャネル推定部４０６と復調部４０７とを備える。
本実施形態と第１の実施形態を比較すると、ＩＱインバランス推定部４０４が異なり、他の構成要素が持つ機能は第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同じ機能の説明は省略する。

ＩＱインバランス推定部４０４は、ＦＦＴ処理部４０３１〜４０３ｍから入力された受信リファレンスシンボルＲＳ_１’〜 ＲＳ_ｍ’と受信ヌルＮｕｌｌ_１’〜 Ｎｕｌｌ_ｍ’により、各無線部のＩＱインバランス補正値を推定し、平均する。そして、ＩＱインバランス推定部４０４は、前記推定し、平均したＩＱインバランス補正値をＩＱインバランス補正部４０５１〜４０５ｍへ出力する。

なお、図８において、ｓ’_１（ｔ）〜ｓ’_ｎ（ｔ）は、受信アンテナ４０１１〜４０１ｍが受信した無線周波数帯のＯＦＤＭ信号であり、ｒ_１（ｔ）〜ｒ_ｎ（ｔ）は、無線部４０２１〜４０２ｍが変換したベースバンド帯のＯＦＤＭ信号ｒ（ｔ）である。また、ｄ’_{ｓｙｍ_１}〜ｄ’_{ｓｙｍ_ｍ}は、受信データシンボルであり、ｄ’’_{ｓｙｍ_１}〜ｄ’’_{ｓｙｍ_ｍ}、ＲＳ_１’’〜 ＲＳ_ｍ’’、Ｎｕｌｌ_１’’〜Ｎｕｌｌ_ｍ’’は、それぞれＩＱインバランス補正後の受信データシンボル、受信リファレンスシンボル、受信ヌルであり、データｄａｔａ_１〜ｄａｔａ_ｎは、復調されたデータである。

本実施形態では、それぞれの無線部は、同一のπ／２位相シフト器を備えているため、それぞれの受信ベースバンド信号は、ダウンコンバート処理により、同じＩＱインバランスの影響を受ける。よって、それぞれの無線部のＩＱインバランス補正値を平均するので、ＩＱインバランス補正値の精度を高めることができる。したがって、該ＩＱインバランス補正値でＩＱインバランスの補正を行うことにより、データの復調精度をさらに高めることができる。

（第３の実施形態）
上述した携帯電話の標準化を行っている３ＧＰＰにおいて次世代の仕様を検討しているＬＴＥでダウンリンクの通信方式としてＯＦＤＭ技術の採用が決定されている。そして、ＬＴＥでは、前記パワーブースト、及び、リファレンスシグナルを配置するサブキャリアのパターンを送信機ごとに周波数軸方向にシフトするシフティングや、同一の送信機においてもあるフレーム単位で前記サブキャリアのパターンを周波数軸方向にホッピングする周波数ホッピングが検討されている。

本実施形態では、前記パワーブースト、前記シフティング、前記周波数ホッピングを行う送信機および受信機について説明する。そのとき、ＬＴＥで採用されているリファレンスシグナルの配置に対し、ＩＱインバランスを効率的に推定できるようにヌルサブキャリアを配置する。ここで、本実施形態では、送信機と受信機のアンテナは、共に単数（１×１のＭＩＭＯ）とする。

まず、送信機の説明をする。本実施形態の送信機の概略的ブロック図は、第１の実施形態と同じ図２である。本実施形態と第１の実施形態を比較すると、リファレンスシグナルの電力とシンボル配置部の配置方法が異なるだけで、各構成要素が持つ機能は第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同じ機能の説明は省略する。

パワーブーストを行ったとき、リファレンスシグナルＲＳは、データよりもパワーブーストされて、シンボル配置部１０２に入力される。ここで、３ｄＢのパワーブーストとする。シンボル配置部１０２は、入力されたリファレンスシグナルを配置するために、パワーブーストがない場合の２倍の電力が必要とする。よって、シンボル配置部１０２は、データシンボルの電力を保つため、パワーブーストに応じてヌルサブキャリアを割り当てる必要がある。
図９は、そのときの各シンボルの配置方法の一例を示したシンボル配置図である。なお、図９の縦軸と横軸、区分された領域は図３と同じく、周波数、時間、時間毎のサブキャリアである。

図９のリファレンスシグナルの配置は、ＬＴＥで検討されている１×１のＭＩＭＯの場合の配置のひとつである。本発明でシンボル配置部は、ヌルシンボルをリファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに配置する。これにより、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。

また、前記シフティングをした場合、シンボル配置部１０２は、ヌルシンボルをシフティングされたリファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに配置する。
図３と図９は、リファレンスシグナル周波数方向に３ｆ_０シフトした関係にあり、該シフトに対し、ヌルシンボルのサブキャリアも配置されている。
さらに、前記周波数ホッピングをした場合、シンボル配置部１０２は、ヌルシンボルを周波数ホッピングされたリファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに変更する。

次に、本実施形態の受信機については、第１の実施形態の受信機と同じであるので、説明を省略する。

本実施形態では、前記パワーブーストによりリファレンスシグナルが届く通信範囲を拡大することができ、この場合であっても、ＩＱインバランスの補正が可能である。
そして、前記パワーブーストで割当てが必要になるヌルシンボルを、受信機がＩＱインバランスを簡単に推定できるように配置し、有効に活用している。
また、前記シフティングにより、送信機ごとに異なったサブキャリア周波数でリファレンスシグナルを利用することができる。さらに、前記周波数ホッピングにより、各送信機からの信号間の干渉を平均化することで、通信システムの全体のスループット特性を向上することができ、この場合であっても、ＩＱインバランスの補正が可能である。

（第４の実施形態）
本実施形態では、ＭＩＭＯ技術を適用し、前記パワーブーストを行ったときの送信機および受信機について説明する。そのとき、ＬＴＥで採用されているリファレンスシグナルの配置に対し、ＩＱインバランス補正値を効率的に推定できるようにヌルサブキャリアを配置する。ここで、本実施形態では、送信機と受信機のアンテナは、それぞれ２本（２×２のＭＩＭＯ）の場合、及び、それぞれ４本（４×４のＭＩＭＯ）の場合について説明する。

まず、送信機の説明をする。本実施形態の送信機の概略的ブロック図は、第２の実施形態と同じ図７である。本実施形態と第２の実施形態を比較すると、リファレンスシグナルの電力とシンボル配置部３０２１からシンボル配置部３０２ｎの配置方法が異なるだけで、構成要素が持つ機能は第２の実施形態と同じであるので、第２の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
また、前記パワーブーストは、第３の実施形態と同じく３ｄＢのパワーブーストとする。図１０、図１１、図１２は、そのときの各シンボルの配置方法の一例を示したシンボル配置図である。なお、図１０、図１１、図１２の縦軸と横軸、区分された領域は図３と同じく、周波数、時間、時間毎のサブキャリアである。

図１０のリファレンスシグナルの配置（Ｒ１、Ｒ２）は、ＬＴＥで検討されている２×２のＭＩＭＯの場合の配置のひとつである。
図１０（ａ）は、図７の送信アンテナ３０５１、図１０（ｂ）は図７の送信アンテナ３０５２に対応するシンボル配置である。ここで、送信アンテナ３０５１と信アンテナ３０５２の前記リファレンスシグナルは、互いに干渉しないように周波数分割多重する必要がある。このため、図１０（ａ）では、受信アンテナ３０５２のリファレンスシグナルが配置されるサブキャリアである×の領域にヌルシンボルを配置する。そして、図１０（ｂ）でも、送信アンテナ３０５１のリファレンスシグナルが配置されるサブキャリアである×の領域には、ヌルシンボルを配置する。
ＩＱインバランス推定を簡単にするためのヌルシンボルの配置は、前記のように、該リファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な領域（Ｎ）である。さらに、前記ヌルシンボルのサブキャリアはヌルである必要があるので、他のアンテナでも××の領域には、ヌルシンボルを配置する。
なお、図１０（ｃ）は、送信アンテナ３０５１と信アンテナ３０５２のシンボル配置を合成した図となっている。

図１１、図１２のリファレンスシグナルの配置（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）は、ＬＴＥで検討されている４×４のＭＩＭＯの場合の配置のひとつである。
図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）は、図７の送信アンテナ３０５１〜送信アンテナ３０５４に対応するシンボル配置である。
ここで、送信アンテナ３０５１から送信アンテナ３０５４の前記リファレンスシグナルは、互いに干渉しないように周波数分割多重する必要がある。このため、送信アンテナ３０５１では、送信アンテナ３０５２から送信アンテナ３０５４のリファレンスシグナルが配置されるサブキャリアである×の領域には、ヌルシンボルを配置する（図１１（ａ））。同様に、送信アンテナ３０５２から送信アンテナ３０５４でも、他のアンテナのリファレンスシグナルが配置されるサブキャリアである×の領域には、ヌルシンボルを配置する（図１１（ｂ）〜（ｃ）、図１２（ａ））。
ＩＱインバランスの推定を簡単にするためのヌルシンボルの配置は、前記のように、該リファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な領域（Ｎ）である。さらに、前記ヌルシンボルのサブキャリアはヌルである必要があるので、他のアンテナでも××の領域には、ヌルシンボルを配置する。
なお、図１２（ｂ）は、送信アンテナ３０５１から送信アンテナ３０５４のシンボルの配置を合成した図となっている。

また、第３の実施形態と同様に、前記シフティングをした場合、シンボル配置部３０２１からシンボル配置部３０２ｎは、ヌルシンボルを該シフティングされたリファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに変更する。
さらに、前記周波数ホッピングをした場合、シンボル配置部３０２１からシンボル配置部３０２ｎは、ヌルシンボルを該周波数ホッピングされたリファレンスシグナルに対し、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに変更する。

次に、受信機であるが、本実施形態の受信機については、第２の実施形態の受信機と同じであるので、説明を省略する。

本実施形態では、第４の実施形態と同じ効果を得ることができる。さらに、複数アンテナを使うことで、同時に異なるデータの送信ができ、大容量のデータが送信できる。また、複数アンテナを使うことで、障害物が多く存在する環境での送受信が安定し、通信状況を改善することができる。

（第５の実施形態）
前記各実施形態では、ヌルシンボルをリファレンスシグナルに対しＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに配置し、リファレンスシグナルのサブキャリアを特定し、受信リファレンスシグナルと受信ヌルから、ＩＱインバランスの補正をした。本実施形態では、ヌルシンボルをデータシンボルに対しＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して対称な周波数のサブキャリアに配置し、ヌルシンボルのサブキャリアを特定することにより、ＩＱインバランスを補正する。

まず、本実施形態の送信機の概略的ブロック図は、第１の実施形態と同じ図２である。本実施形態と第１の実施形態を比較すると、シンボル配置部１０２の配置方法が異なるだけで、他の構成要素が持つ機能は第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同じ機能の説明は省略する。

シンボル配置部１０２は、ヌルでないデータシンボルとヌルシンボルを、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数のサブキャリアに配置する。このように、データシンボルとヌルシンボルを配置することにより、受信機により効率的なＩＱインバランスの推定および補正が可能となる。

次に、本実施形態の受信機の概略的ブロック図は、第１の実施形態と同じ図４である。本実施形態と第１の実施形態を比較すると、ＦＦＴ処理部２０３のリファレンスシグナルとヌルシンボルの配置の特定方法がデータシンボルとヌルシンボルの配置の特定方法になる点で異なる。ここで、他の構成要素が持つ機能は第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同じ機能の説明は省略する。

ＦＦＴ処理部２０３は、高速フーリエ変換をしてＯＦＤＭシンボルを算出し、リファレンスシグナルとヌルシンボルとデータシンボルを抽出する。ＦＦＴ処理部２０３は、まず、シンボル配置を特定する。
具体的には、ＦＦＴ処理部２０３は、図３におけるヌルシンボルの領域に相当するサブキャリアを特定する。該ヌルシンボルのサブキャリアが特定できると、中心周波数（０Ｈｚ）に対して対称な位置に配置したデータシンボルのサブキャリアを特定できる。
ヌルシンボルのサブキャリアを特定する方法として、例えば（１）ヌルシンボルのサブキャリアを予め決めておき、受信機はそのサブキャリアの情報を記憶し、ヌルシンボルを特定する方法、（２）送信機がヌルシンボルのサブキャリアの情報を含む制御信号（報知チャネル等）を受信機に送信し、受信機は送信機から受信した制御信号を復調し、ヌルシンボルを特定する方法、（３）ヌルシンボルのサブキャリアの情報と基地局識別子（セルＩＤ）を関連づけておき、受信機は該関連情報を記憶し、送信機から受信した基地局識別子を復調し、該基地局識別子と前記関連情報の対応によりヌルシンボルを特定する方法、がある。
特に、前記（２）、（３）の方法では、送信機によりヌルシンボルのサブキャリアを柔軟に変更できる。さらに、前記（３）の方法は、送信機セルの検索（セルサーチ）処理の一環として処理できる。

ここで、第１の実施形態で説明したＩＱインバランスの推定方法から、本実施形態であっても、ＩＱインバランスが推定できることを説明する。式（２２）および（２３）に至るリファレンスシグナルと受信リファレンスシグナルは、特に値を限定していないので、データシンボルと受信データシンボルであっても同様の式が成り立つ。ただし、データシンボルはヌルでないことが必要である。
よって、受信データシンボルｄ’_ｋ＝Ａ_ｋ＋ｊＢ_ｋと、受信ヌルｄ’_−ｋ＝Ａ_−ｋ＋ｊＢ_−ｋ
としたときに、式（２２）および（２３）の関係が成り立ち、ＩＱインバランスの推定ができる。

本実施形態では、リファレンスシグナルでなくても、受信データシンボルを利用して簡単にＩＱインバランスの推定を行い、送信機から送信されたデータの復調精度を高めることができる。

なお、上述した実施形態における送信機又は受信機の一部、例えば、シンボル配置部やＩＱインバランス推定部の機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る通信システムの概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る送信機のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るシンボル配置図である。 本発明の第１の実施形態に係る受信機のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るダウンコンバート部のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るフロー図である。 本発明の第２の実施形態に係る送信機のブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る受信機のブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るシンボル配置図である。 本発明の第４の実施形態に係るシンボル配置図である。 本発明の第４の実施形態に係る別のシンボル配置図である。 本発明の第４の実施形態に係る別のシンボル配置図である。

Claims (19)

1. ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機であって、
   所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、
   前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、
   前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部と
   を備え、
   前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機。
2. 前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする請求項１記載の送信機。
3. ＯＦＤＭ方式とＭＩＭＯ技術とを利用した無線通信を行う複数のアンテナを備える送信機であって、
   所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、
   前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、
   前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を前記アンテナ毎に所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部と
   を備え、
   前記シンボル配置部が、前記アンテナ毎に、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機。
4. 前記シンボル配置部は、前記アンテナ毎に、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする請求項３記載の送信機。
5. 前記シンボル配置部は、ヌルシンボルを配置して前記リファレンスシグナルの電力を増幅する場合に、該ヌルシンボルを、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して前記リファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに配置することを特徴とする請求項１乃至４記載の送信機。
6. 前記シンボル配置部は、前記リファレンスシグナルを配置するサブキャリアのパターンを送信機ごとに周波数軸方向にシフトさせる場合、該シフトに応じてヌルシンボルの配置を、送信機ごとに前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対してリファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに配置することを特徴とする請求項１乃至５記載の送信機。
7. 前記シンボル配置部は、送信機が前記リファレンスシグナルの配置を所定のフレーム単位で周波数ホッピングさせる場合、該周波数ホッピングに応じてヌルシンボルの配置を、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対してリファレンスシグナルと対称な周波数であるサブキャリアに変更することを特徴とする請求項１乃至６記載の送信機。
8. 請求項１に記載の送信機から送信されるＲＦ信号を受信する受信機であって、
   前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する無線部と、
   前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、
   前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定するＩＱインバランス推定部と、
   前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部と
   を備えたことを特徴とする受信機。
9. 請求項３に記載の送信機から送信されるＲＦ信号を受信する複数のアンテナを備える受信機であって、
   前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する前記アンテナ毎に設けられた無線部と、
   前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、
   前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機の前記アンテナ毎のＩＱインバランス補正値を推定し、該補正値のアンテナ全体での平均値を算出し、該平均値をＩＱインバランス補正値と推定するＩＱインバランス推定部と、
   前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部と、を備えたことを特徴とする受信機。
10. 請求項１又は請求項３に記載の送信機から送信されるＲＦ信号を受信する受信機であって、
    前記フーリエ変換処理部は、前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い前記周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、リファレンスシグナルの配置を特定して該配置に基づきヌルシンボルとデータシグナルの配置を特定し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出することを特徴とする請求項８又は９記載の受信機。
11. 前記ＩＱインバランス推定部は、前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルの電力が所定の電力よりも高いものだけを選択して受信機のＩＱインバランス補正値を推定し、該補正値の平均値を算出し、該平均値をＩＱインバランス補正値と推定することを特徴とする請求項８乃至１０記載の受信機。
12. 前記ＩＱインバランス推定部は、通信初期時、または一定周期毎にＩＱインバランス補正値の推定をすることを特徴とする請求項８乃至１１記載の受信機。
13. 前記フーリエ変換処理部は、予め決定されたヌルシンボルの配置を用いて、前記ヌルシンボルを特定することを特徴とする請求項８乃至１２記載の受信機。
14. 前記フーリエ変換処理部は、請求項１又は請求項３に記載の送信機から送信されるヌルシンボルの配置情報により、前記ヌルシンボルを特定することを特徴とする請求項８乃至１２記載の受信機。
15. ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機と受信機からなる通信システムであって、
    前記送信機は、
    所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置部と、
    前記シンボル配置部が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理部と、
    前記逆フーリエ変換処理部が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する無線部と
    を備え、
    前記受信機は、
    前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する無線部と、
    前記無線部から入力されたベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理部と、
    前記フーリエ変換処理部が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定するＩＱインバランス推定部と、
    前記ＩＱインバランス推定部が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行うＩＱインバランス補正部と
    を備え、
    前記シンボル配置部は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと、前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする無線通信システム。
16. ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機の制御方法であって、
    所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置する第１の過程と、
    第１の過程が配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する第２の過程と、
    第２の過程が生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する第３の過程と
    を有し、
    第１の過程は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機制御方法。
17. 請求項１６に記載のＲＦ信号を受信する受信機の制御方法であって、
    前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する第１の過程と、
    第１の過程が変換したベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出する第２の過程と、
    第２の過程が抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定する第３の過程と、
    第３の過程が推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行う第４の過程と、
    を有する受信機制御方法。
18. ＯＦＤＭ方式を利用した無線通信を行う送信機のコンピュータに、
    所定の既知信号系列からなるリファレンスシグナルと、信号の存在しないヌルシンボルと、送信する情報や制御情報からなるデータを変調したデータシンボルとをＯＦＤＭシンボルに配置するシンボル配置手段と、
    前記配置したＯＦＤＭシンボルに対して逆フーリエ変換を行い時間領域のＯＦＤＭ信号を生成する逆フーリエ変換処理手段と、
    前記生成したＯＦＤＭ信号を所定の無線周波数帯に変調し、ＲＦ信号として送信する送信手段と
    を実行させ、
    前記シンボル配置手段は、前記ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して互いに対称な周波数であるサブキャリアに、前記リファレンスシグナル又は前記データシンボルと前記ヌルシンボルとをそれぞれ配置することを特徴とする送信機制御プログラム。
19. 請求項１８に記載のＲＦ信号を受信する受信機のコンピュータに、
    前記ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する受信手段と、
    前記変換したベースバンド信号に対してフーリエ変換を行い周波数領域のＯＦＤＭシンボルを生成し、該ＯＦＤＭシンボルに含まれるリファレンスシグナルと、データシンボルと、ヌルシンボルとを抽出するフーリエ変換処理手段と、
    前記抽出したリファレンスシグナル又はデータシンボルとヌルシンボルとに基づいて受信機のＩＱインバランス補正値を推定する推定手段と、
    前記推定したＩＱインバランス補正値により、データシンボルとリファレンスシグナルのＩＱインバランスの補正を行う補正手段と
    を実行させる受信機制御プログラム。

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