JP2009246587A - Ｏｆｄｍ信号を受信する通信装置、ｏｆｄｍ無線通信システム及びｏｆｄｍ受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＦＤＭセルラ無線通信の受信装置において、ＯＦＤＭ信号の受信処理に必要なＦＦＴに特有の問題である、使用されない副搬送波に起因する電力増加が発生した場合に、ＦＦＴ演算器以降の回路への過大入力を防止し、かつ、その際に、復号誤りの原因となり得るフレーム内での利得変動も防止する。
【解決手段】 ＯＦＤＭ受信信号に対し、フレームごとに、ＦＦＴ出力後の振幅がＦＦＴ演算器の後段での基準値を超える信号を検出する。過大な振幅を有する信号が検出された場合には、フレームごとに、基準値からの超過量に応じて可変な利得を加え、振幅が基準値以内になるように信号強度を調整する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）を採用する無線通信方式を適用した受信装置、およびＯＦＤＭ無線通信システムに関わる。

無線通信の高速化、大容量化を目的として、ＯＦＤＭを採用する無線通信方式の研究開発が進んでいる。ＯＦＤＭは、周波数の異なる直交する複数の副搬送波を用いて情報を伝送する方式であり、送信側では、伝送するデータを周波数領域で生成し、逆フーリエ変換により時間領域の信号に変換して無線信号として送信する。受信側では、フーリエ変換により、時間領域から周波数領域の信号に変換して元の情報を取り出す。逆フーリエ変換およびフーリエ変換の演算方法としては、ほとんどの場合ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）およびＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられる。ＯＦＤＭ受信機の構成は、例えば特許文献１に記載されている。

ＯＦＤＭを用いたセルラ無線通信方式では、基地局は、通信可能な範囲であるセクタの中にある各々の端末に対し、予め決められた数の連続するＯＦＤＭシンボルからなる、フレームと呼ばれる期間ごとに、予め決められた数の副搬送波を単位とする周波数資源を割り当てることにより、複数の端末を多重化する。

特開２００１−０３６５４８号公報 特開平０９−１３５１３７号公報 米国特許公開公報 ＵＳ２００７／００７６８０８ 特開２０００−１６５３４３号公報 ３ＧＰＰ２ Ｃ．Ｓ００８４−００１−０ Ｖｅｒ．２．０ ３．１．３．４．１．１章

ＯＦＤＭを用いた通信方式に限らず、無線通信の受信装置においては、復調処理を行う回路への入力信号の平均電力を所定の大きさに保つため、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と呼ばれる回路を備えるのが一般的である。ＡＧＣの構成は、例えば特許文献２に開示されている。

ＯＦＤＭの場合、ＡＧＣを経由することにより、ＦＦＴ演算器に入力される信号の平均電力がほぼ一定になる。ここで、ＦＦＴには、入力信号の平均電力が一定の場合に、出力信号の平均電力が、占有する副搬送波数の逆数に比例するという性質がある。その理由を以下に述べる。

長さＮの時間領域の離散データ系列をｘ（ｎ）（ｎ＝０，１，…，Ｎ−１）、ｘ（ｎ）にＮ点離散フーリエ変換を施して得られる長さＮの周波数領域の離散データ系列をＸ（ｋ）（ｋ＝０，１，…，Ｎ−１）とする。このとき、ｘ（ｎ）とＸ（ｋ）の間には、数１に示す関係が成り立つ。数１は、Ｐｅｒｓｅｖａｌの等式と呼ばれる。

ここで、Ｘ（ｋ）が、長さＮ’（Ｎ’＜Ｎ）の離散データ系列Ｘ’（ｋ）（ｋ＝０，１，…，Ｎ’−１）に値０の系列を追加して生成された長さＮの離散データ系列である場合、数１は数２のように書き改められる。

さらに、ｘ（ｎ）およびＸ’（ｋ）の平均電力をそれぞれＥｔ、Ｅｆとすると、数２は数３のように書き改められる。数３は、ＦＦＴ演算器の出力信号の平均電力が、占有する副搬送波数の逆数に比例することを示している。

ＯＦＤＭを用いたシステムのうち、ディジタル放送においては、副搬送波が固定的に割り当てられ、占有する副搬送波数は一定と考えられる。これに対し、セルラ無線通信では、副搬送波がセクタ内の各々の端末に動的に割り当てられるため、セクタ内に少数の端末しか存在しない場合には、一部の副搬送波が使用されない可能性がある。

使用されない副搬送波が存在すると、上記のＦＦＴの性質により、ＦＦＴ演算器の出力信号の平均電力が増加する。このとき、上記信号の振幅も増加するため、ＦＦＴ演算器の後段の回路に対し、それらが扱える最大値を上回る振幅の信号が入力される可能性もある。このような過大入力に対しては、超過分を切り捨てて最大値に抑える処理（クリッピング）が行われることが多いが、この処理は信号に非線形歪みを生じさせることになるため、復号誤りの原因になり得る。

この問題を防止するためには、信号の振幅の瞬時値が大きく増加しても、最大値を超えない程度に、最大振幅からの余裕（バックオフ）を確保して、全副搬送波を占有したときの信号の実効値（平均電力の平方根で与えられる値）を設定する必要がある。しかし、バックオフを大きくすれば、その分、信号の平均電力は小さくなる。

一方、次世代の移動通信方式では、伝送速度の向上のために、１６ＱＡＭ（１６−vａｌｕｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や６４ＱＡＭなどの多値変調方式が用いられており、今後もさらに変調多値数が増加することが予想される。変調多値数が増加すると、復調誤りを防止するために、復調部への入力信号には高いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が要求される。高いＳＮＲを実現するには、雑音電力が一定と考えると、平均電力を大きくする必要がある。

このように、ＦＦＴ出力信号の電力増加による非線形歪みを防止するためのバックオフと、多値変調された受信信号の復調特性を確保するためのＳＮＲとは、トレードオフの関係にある。このうち、ＳＮＲについては、変調方式と要求される誤り率によって必要な値が定まるため、所要量を削減するのは困難である。したがって、上記のバックオフとＳＮＲを両立させるためには、ＦＦＴ出力の振幅の増加を抑制し、バックオフの所要量を削減することが要求される。

これに対し、フェージングによる受信電力の変動への対策などを目的として、受信処理のある段階で信号の振幅の増加を抑制する機能を有するＯＦＤＭ受信装置の構成が、特許文献３および４にて開示されており、これを上記問題への対策として適用することも考えられる。

これらの方式では、受信信号の振幅に応じて可変な利得を与える回路を有し、振幅が基準値を上回った場合には、上記回路により利得を下げる処理が行われる。しかし、これらの方式をセルラ通信に適用した場合には、以下に述べる問題が生じる。

前述のように、ＯＦＤＭを用いたセルラ通信方式では、フレームごとに、各々の端末が基地局と通信するための周波数資源が割り当てられる。このため、特に上り通信においては、基地局に信号を送信する端末が、フレームごとに切り替わることになる。すなわち、基地局では、フレームごとに、異なる伝搬路から到来した信号を受信することになるため、その復調処理においては、同じフレームに含まれるパイロット信号を用いて伝搬路特性の推定を行う必要がある。

ここで、特許文献３もしくは４の方式では、受信信号の利得をフレーム単位で切り替える構成になっていないため、フレームの途中で受信信号の利得が変動する可能性がある。もしフレームの途中で利得が変化すると、伝搬路推定を正しく行うことができず、それが結果的に復号誤りにもつながる。この問題について、セルラ無線通信方式の標準規格である、ＵＭＢにおける上り信号の復調処理を例にとり、詳細に論じる。

ＵＭＢの上り通信において、基地局は、８ＯＦＤＭシンボルからなるフレームごとに、連続する１６本単位の副搬送波を、各々の端末に割り当てる。この周波数・時間資源の割り当て単位を模式的に示すと図８のようになり、この領域の中で、図８（ａ）に示すように、副搬送波７本おきに、フレーム先頭および末尾の３ＯＦＤＭシンボル、もしくは、図８（ｂ）に示すように、副搬送波３本おきに、フレーム先頭および末尾の２ＯＦＤＭシンボルに、パイロット信号が配置される。

パイロット信号は、送信電力が一定で、位相がＯＦＤＭシンボルごとに変化する。位相変化のパターンは、図８（ａ）の配置の場合はＯＦＤＭシンボルごとの位相回転量が０度、１２０度、−１２０度の３種類、図８（ｂ）の配置の場合は同じく０度、１８０度の２種類が用意されている。なお、上記のパイロット信号の仕様は、非特許文献１で規定されている。

ＵＭＢでは、同じフレームの同じ副搬送波に、最大３台の端末からの送信信号を多重化し、上り回線の伝送容量の増加を図る仕組みが導入されている。この仕組みを用いて多重化された上り信号を基地局が分離できるよう、多重化する端末のそれぞれに対し、異なる位相変化パターンが割り当てられる。以下、図８（ａ）のパイロット配置を用いて、３台の端末からの送信信号が多重化された上り信号の伝搬路推定について述べる。

フレーム先頭からｔ番目（ｔ＝０、１、２）のＯＦＤＭシンボルにおいて、端末０、１、２から送信されるパイロット信号をそれぞれｐ０（ｔ）、ｐ１（ｔ）、ｐ２（ｔ）とし、端末０、１、２から基地局までの伝搬路特性をそれぞれｈ０（ｔ）、ｈ１（ｔ）、ｈ２（ｔ）とすると、基地局で受信されるパイロット信号ｒ（ｔ）は、３台の端末から送信されたパイロット信号が重畳されるため、数４のように表される。ただし、数４では雑音項を省略している。

ここで、フレーム前半の４ＯＦＤＭシンボルにおいては伝搬路特性が時不変と仮定して、ｈｋ（ｔ）＝ｈｋ（ｈｋは定数、ｋ＝０、１、２）とおく。さらに、ｐ０（ｔ）、ｐ１（ｔ）、ｐ２（ｔ）として、それぞれ、前述の、ＯＦＤＭシンボルごとの位相回転量が０度、１２０度、−１２０度となるパイロット信号を用いると、フレーム先頭の３ＯＦＤＭシンボル分のパイロットの送信信号および受信信号から、数５に示す、ｈ０、ｈ１、ｈ２を変数とする連立方程式が得られる。ただし、数５では信号の振幅を省略している。

。 数５によれば、右辺の３×３行列は逆行列をもつため、連立方程式を解くことができ、各端末から基地局までの伝搬路特性が求められる。フレーム後半についても同様である。また、図８（ｂ）のパイロット配置を用いて、２台の端末からの送信信号を多重化した場合についても、同様にして伝搬路推定を行うことができる。

しかし、仮にフレーム前半の途中で利得が変化すると、伝搬路特性がフレーム前半で時不変という前提条件が崩れるため、上記手法により正しい伝搬路特性を求めることができず、したがって復調処理も正しく行われない。これは復号誤りの原因にもなり、結果として過大入力の防止による復号誤り低減の効果が得られなくなる。

以上はＵＭＢの例であるが、それ以外のＯＦＤＭセルラ無線通信方式でも、全てのＯＦＤＭシンボルにパイロットが含まれていない限り、同じフレームの時間軸上で近傍にあるパイロットから求めた伝搬路特性を用いて、何らかの時間軸方向の近似処理が行われると考えられる。このとき、フレーム内で利得が変化すると、復調処理時にＯＦＤＭシンボル単位で利得を考慮する必要があり、処理が複雑になるため、フレーム内では利得変化がないことが望ましい。

以上をまとめると、本発明が解決しようとする課題は、ＯＦＤＭセルラ無線通信の受信装置において、ＯＦＤＭ信号の受信処理に用いられるＦＦＴに特有の問題である、使用されない副搬送波に起因する電力増加が発生した場合に、ＦＦＴ演算器以降の回路への過大入力を防止し、かつ、その際に、復号誤りの原因となり得るフレーム内での利得変動も防止することである。

上述の目的を達成するために、本発明に係る通信装置は、ＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用するサブキャリアが割り当てられたＯＦＤＭ信号を受信する通信装置であって、前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信回路を有し、前記受信回路は、受信信号のフレームの境界を検出するタイミング検出部と、前記検出された境界より後のフレームに切り替える制御信号を出力する第一のカウンタと、前記制御信号に基づき、前記境界より後のフレームにおける利得を算出するユニットと、前記制御信号に基づき前記境界より後のフレームに含まれる信号系列を読み出し、前記算出された利得を前記信号系列に反映する利得調整部と、前記利得を反映された信号系列を復号する復号部とを備えることを特徴とする。

言い換えると、本発明に係る通信装置は、副搬送波の割り当てがフレームごとに変化するＯＦＤＭ信号の通信装置であって、所定の部分から出力される信号におけるフレームの境界を検出し、前記境界を示す制御信号を出力する同期手段と、前記制御信号に従って動作し、フレーム期間ごとに、フーリエ変換後に信号強度が基準値を超過する過大信号を検出し、前記過大信号が検出された場合には前記基準値からの超過量を出力する過大信号検出手段と、前記制御信号に従って動作し、フレームごとに可変な利得量を算出する利得計算手段と、前記制御信号に従って動作し、フレームごとに可変な利得量を受信信号に反映する利得調整手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る無線通信システムは、送信機と受信機とがＯＦＤＭ信号の送受信を行う無線通信システムであって、前記ＯＦＤＭ信号は、所定数のＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用するサブキャリアが割り当てられており、前記受信機が有する受信回路は、受信信号のフレームの境界を検出するタイミング検出部と、前記検出された境界より後のフレームに切り替える制御信号を出力する第一のカウンタと、前記制御信号に基づき、前記境界より後のフレームにおける利得を算出するユニットと、前記制御信号に基づき前記境界より後のフレームに含まれる信号系列を読み出し、前記算出された利得を前記信号系列に反映する利得調整部と、前記利得を反映された信号系列を復号する復号部とを備えることを特徴とする。

言い換えると、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、副搬送波の割り当てがフレームごとに変化するＯＦＤＭ信号の送受信を行う、複数の基地局と複数の端末を備え、基地局もしくは端末は、フレームごとに、フーリエ変換後に信号強度が基準値を超過する過大信号を検出し、過大信号が検出された場合には、基準値からの超過量に応じて可変な利得を算出し、該当するフレームにおける利得を、受信信号に反映することを特徴とする。

また、本発明に係るＯＦＤＭ信号の受信方法は、前記ＯＦＤＭ信号は、所定数のＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用するサブキャリアが割り当てられており、前記フレームごとに、フーリエ変換後に信号強度が基準値を越える信号を過大信号として検出し、前記過大信号が検出された場合には、前記基準値からの超過量に応じて可変な利得を算出し、該当する前記割り当て期間における前記利得を、受信信号に加えることを特徴とする。

言い換えると、本発明に係るＯＦＤＭ受信方式は、副搬送波の割り当てがフレームごとに変化するＯＦＤＭ信号の受信方式であって、フレームごとに、フーリエ変換後に信号強度が基準値を超過する過大信号を検出するステップと、前記過大信号が検出された場合には、前記基準値からの超過量を出力するステップと、前期超過量に応じて可変な利得を算出するステップと、該当するフレームにおける前記利得を受信信号に反映するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ＦＦＴ出力信号の振幅増加を検出し、信号の振幅に応じた利得の調整を行うことにより、使用されない副搬送波に起因する過大なＦＦＴ出力信号が発生した場合でも、ＦＦＴ後段への入力信号の振幅を基準値以内とし、過大入力による非線形歪みを防止することができる。これにより、必要なバックオフを削減し、その分をＳＮＲの改善に充てることが可能になる。

また、利得の調整をフレームに同期して行うことにより、フレーム単位で伝搬路特性が変化するセルラ通信において復号誤りの原因となる、フレーム内での利得の変動を防止することができる。

さらに、フレーム番号を識別することにより、例外処理が必要なフレームに対しても、正しい処理を行うことができる。

以上により、復号誤りが抑制されるため、信号の再送回数が削減され、結果的にスループットの増加を図ることができる。

＜実施例１＞
本発明を適用した第１の実施例について、図１から図５を用いて説明する。ＯＦＤＭセルラ通信システムは、一般には、図１に示すように、複数の基地局装置と複数の端末装置から構成される。基地局装置１０１および１０２は、有線回線によってネットワーク１０３に接続する。端末装置１０４は、無線回線によって基地局装置１０１に接続し、ネットワーク１０３との通信が可能な仕組みになっている。

以下では、無線回線はＵＭＢ仕様に準拠するものとする。図２にＵＭＢにおける無線信号のフレーム構成を示す。ＵＭＢでは、プリアンブルが送信されてから次のプリアンブルが送信されるまでの時間区間をｓｕｐｅｒｆｒａｍｅと呼ぶ。下りｓｕｐｅｒｆｒａｍｅは、プリアンブルを先頭として、これと次のプリアンブルまでの２５フレームで構成される。プリアンブルおよび各フレームの長さは、全て８ＯＦＤＭシンボルとなっている。

これに対し、上り信号にはプリアンブルが存在せず、ｓｕｐｅｒｆｒａｍｅは２５フレームにより構成される。フレームの長さは、第０フレームのみ１６ＯＦＤＭシンボル、他は８ＯＦＤＭシンボルとなっている。これにより、下りと上りが同期したシステムでは、上り第１フレームから第２４フレームまでのタイミングが下りと揃うようになっている。

図３は、基地局装置１０１および１０２の構成図であり、アンテナ３０１、デュプレクサ３０２、送信回路３０３、受信回路３０４、ネットワークインタフェース３０５、制御部３０６により構成される。

図４は、基地局装置１０１および１０２がともに具備する受信回路３０４の構成図であり、アンテナ３０１、ＲＦ処理部４０１、ＦＦＴタイミング検出部４０２、ＦＦＴ演算部４０３、クロック信号生成部４０４、フレームバッファ４０５、第一のカウンタ４０６、ピーク値観測部４０７、利得計算部４０８、第二のカウンタ４０９、利得調整部４１０、復調・復号処理部４１１、により構成される。

基地局装置１０１および１０２では、送信回路３０３および受信回路３０４を構成する全ての要素が、クロック信号生成部４０４によって生成されたクロック信号に同期して動作する。ただし、図４では、簡単のため、一部のクロック信号経路のみ示している。

以下、基地局装置１０１が受信した信号の流れを、図４を用いて詳細に説明する。アンテナ３０１にて受信した信号は、ＲＦ処理部４０１に入力され、搬送波帯の信号からベースバンド信号に変換される。

ＲＦ処理部４０１はＡＧＣを有しており、これにより、ＲＦ処理部４０１から出力される信号の平均電力が所定の値に保たれる。

ＲＦ処理部４０１から出力された信号は、ＦＦＴタイミング検出部４０２に入力される。

ＦＦＴタイミング検出部４０２では、入力された離散データ系列に対し、ＦＦＴ演算を行う対象範囲の先頭データを検出する。

ＦＦＴ演算部４０３は、ＦＦＴタイミング検出部４０２にて検出されたＦＦＴ対象範囲の先頭から所定の個数のデータ系列を入力として、ＦＦＴ演算を施した結果を出力する。また、ＦＦＴ演算部４０３は、フレームの先頭のデータを出力するときに、第一のカウンタ４０６に対してフレーム出力開始通知を送信する。

第一のカウンタ４０６は、フレーム出力開始通知を受信すると、ピーク値観測部４０７に対してフレーム切り替え指示を送信する。

ここで、第一のカウンタ４０６の動作の詳細を、図５に示すフロー図を用いて説明する。第一のカウンタ４０６は、まず、フレーム番号およびクロック数をともに０にリセットする（ステップ５０１、５０２）。この状態で、他の処理部からフレーム出力開始通知を受信すると（ステップ５０３）、フレーム番号が０であるか否かを判定し（ステップ５０４）、０以外であれば１フレームの長さを８に設定し（ステップ５０５）、０であれば１フレームの長さを１６に設定する（ステップ５０６）。

上記いずれかのステップにより１フレームの長さの設定が完了した後、クロック信号を受信すると、クロック数の値を１増やす（ステップ５０７）。

次いで、クロック数が、設定されたフレーム長に相当する値であるか否かを判定し（ステップ５０８）、該当しなければステップ５０７に戻る。

クロック数がフレーム長に相当する値である場合には、１フレーム分の計数が完了したと判断し、必要な処理部に対してフレーム切り替え指示を送信する（ステップ５０９）。

フレーム切り替え指示の送信が完了すると、フレーム番号が２４であるか否かを判定し（ステップ５１０）、２４であれば、ステップ５０１に戻る。フレーム番号が２４でなければ、フレーム番号を１増やし（ステップ５１１）、ステップ５０２に戻る。

ＦＦＴ演算部４０３から出力されたデータ系列は、フレームバッファ４０５に蓄積されるとともに、ピーク値観測部４０７にも入力される。

ピーク値観測部４０７は、第一のカウンタ４０６からフレーム切り替え指示を受信すると、その時点から１フレーム分の、ＦＦＴ演算部４０３から出力される信号系列の各々の値を参照し、その中の最大値を、該当するフレームにおけるＦＦＴ出力信号の振幅のピーク値とする。

利得計算部４０８は、上記の手順により求めたピーク値が、復調・復号処理部４１１の入力振幅の基準値（入力振幅の最大値）を上回る場合に、基準値をピーク値で割った値を計算し、この値を、該当するフレームの期間中に適用される利得とする。また、利得計算部４０８は、利得の計算が完了すると、第二のカウンタ４０９に対して利得計算完了通知を送信する。

第二のカウンタ４０９は、利得計算完了通知を受信すると、利得調整部４１０に対し、フレーム切り替え指示を送信する。第二のカウンタ４０９の動作は、ステップ５０３において、フレーム出力開始通知の代わりに、利得計算完了通知を受信する以外は、図４に示した第一のカウンタ４０６の動作と同様である。

利得調整部４１０は、第二のカウンタ４０９からフレーム切り替え指示を受信すると、１フレーム分のデータを順次フレームバッファ４０５から読み出し、利得計算部４０８から与えられた利得を乗じて出力する。利得調整部４１０から出力されたデータ系列は、復調・復号処理部４１１に入力される。

復調・復号処理部４１１は、入力されたデータ系列を用いて、伝搬路推定処理、復調処理、誤り訂正符号化の復号処理などを行い、端末装置１０４から送信された元の情報を取り出す。

本発明の第１の実施例の効果を、シミュレーションによる実験結果により示す。シミュレーションでは、送信側は、１つのフレームにつき、１２８ビットのパケットを符号化率１／５のターボ符号で誤り訂正符号化した後、６４ＱＡＭで変調し、１１０個の変調シンボルで送信する。一つのパケットの送信回数は最大６回とする。

受信側では、ＳＮＲを１０ｄＢとし、ＦＦＴ出力信号の実効値を、全副搬送波を使用した場合の実効値に対して１２ｄＢ高い値に設定する。また、ＦＦＴ後段への入力信号の振幅上限値を、全副搬送波を使用した場合の実効値に対して６ｄＢ高い値に設定し、振幅が上限値を上回る信号に対してはクリッピング処理を行った上で、復調処理および復号処理を行う。

上記の条件で１００フレーム分の送受信処理を行った結果、本発明を適用しない場合には、復号誤りによりパケット再送が頻繁に発生し、１００フレーム中に５パケットしか受信に成功していない。これに対し、本発明を適用した場合には、復号誤りが発生しないため、パケットの再送も発生せず、１００フレームで１００パケットの受信に成功している。

以上のように、本発明の第１の実施例では、フレームに同期して、受信信号の観測結果に基づいた利得調整を行うことにより、復号誤りによる再送が削減され、スループットの向上を図ることができる。また、カウンタが処理中のフレーム番号を識別するため、例外的な処理を要するフレームを含む場合であっても、正しい動作を行うことができる。上記の例では、２５フレームごとに他と異なる長さのフレームが現れるＵＭＢの上り信号における動作を示したが、第一のカウンタ４０６のステップ５０４ないしステップ５０６、ステップ５１０ないしステップ５１１の動作を変更すれば、他の例外的な処理にも対応することが可能である。

なお、本実施例は、上述の基地局装置の受信回路だけでなく、セルラ無線通信の端末装置や、ディジタル放送受信機などのＯＦＤＭ信号を受信する装置の受信回路に対しても適用が可能である。例えば端末装置の場合、一般には図９に示すように、アンテナ９０１、デュプレクサ９０２、送信回路９０３、受信回路９０４、アプリケーションインタフェース９０５、制御部９０６により構成されるが、このうちの受信回路９０４を図４の構成とすることが可能である。このとき、アンテナ３０１から利得調整部４１０までの動作は、基地局装置における受信回路３０４を図４の構成とした場合と同一である。

＜実施例２＞
本発明を適用した第２の実施例について、図６を用いて説明する。第２の実施例は、第１の実施例と比較して、図１に示した、基地局装置１０１ならびに１０２、ネットワーク１０３、および端末装置１０４からなる全体構成は同じであるが、基地局装置１０１ならびに１０２の受信回路の構成が異なっている。

図６は、基地局装置１０１および１０２がともに具備する受信回路の構成図であり、アンテナ３０１、ＲＦ処理部４０１、ＦＦＴタイミング検出部４０２、ＦＦＴ演算部４０３、クロック信号生成部４０４、第一のカウンタ４０６、利得調整部６０１、スケジューラ６０２、復調・復号処理部４１１、により構成される。

スケジューラ６０２は、キャッシュメモリ６０３、利得計算部６０４、スケジューリング情報管理部６０５、により構成される。なお、構成および動作が実施例１と同じのものについては、図４と同じの番号を付してあり、詳細な説明は省略する。以下、基地局装置１０１が受信した信号の流れを、図６を用いて詳細に説明する。

アンテナ３０１による信号受信からＦＦＴ演算部４０３によるＦＦＴ演算までの処理は、第１の実施例と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ＦＦＴ演算部４０３から出力されたデータ系列は、利得調整部６０１に入力される。ＦＦＴ演算部４０３は、フレームの先頭を出力するときに、第一のカウンタ４０６に対してフレーム出力開始通知を送信する。

第一のカウンタ４０６は、フレーム出力開始通知を受信すると、スケジューラ６０２に対してフレーム切り替え指示を送信する。

スケジューラ６０２では、上りデータ通信のスケジューリングが完了すると、その情報をスケジューリング情報管理部６０５にて保持する。

利得計算部６０４は、スケジューリング情報管理部６０５が保持するスケジューリング情報を参照し、使用されていない副搬送波がある場合には、予め利得を計算しておく。利得としては、例えば、使用されている副搬送波数を全副搬送波数で割った値が考えられる。前述のように、ＦＦＴ出力信号の平均電力は、使用されている副搬送波数の逆数に比例するため、上記の利得値を用いると、利得調整部６０１から出力される信号の平均電力は、常に、全副搬送波を使用したときと同等の値に保たれる。

スケジューラ６０２が第一のカウンタ４０６からフレーム切り替え指示を受信すると、キャッシュメモリ６０３の内容を、該当するフレームにおける利得に書き換える。

利得調整部６０１は、ＦＦＴ演算部４０３から出力されたデータに対し、キャッシュメモリ６０３に保持されている利得を乗じて出力する。キャッシュメモリ６０３の内容は、第一のカウンタ４０６からの指示により、フレームごとに更新されるため、利得調整部６０１はフレームに同期して利得調整を行うことができる。

利得調整部６０１から出力されたデータ系列は、復調・復号処理部４１１に入力される。復調・復号処理部４１１における処理は、第１の実施例と同様であるため、ここでは説明を省略する。

上述のように、本発明の第２の実施例では、基地局装置１０１ならびに１０２は、上りデータ通信のスケジューリングが完了した時点で、使用されない副搬送波に関する情報が得られるため、該当する上り信号を受信する前に、予め利得を計算しておくことができる。これにより、第１の実施例により得られる効果に加え、利得調整に要する処理遅延を削減することが可能である。

＜実施例３＞
本発明を適用した第３の実施例について、図７を用いて説明する。第３の実施例は、第１ならびに第２の実施例と比較して、図１に示した、基地局装置１０１ならびに１０２、ネットワーク１０３、および端末装置１０４からなる全体構成は同じであるが、基地局装置１０１ならびに１０２の受信回路の構成が異なっている。

図７は、基地局装置１０１および１０２がともに具備する受信回路の構成図であり、アンテナ３０１、ＲＦ処理部４０１、ＦＦＴタイミング検出部７０１、クロック信号生成部４０４、第一のカウンタ４０６、スケジューラ６０２、利得調整部７０２、ＦＦＴ演算部７０３、
復調・復号処理部４１１、により構成される。なお、構成および動作が第１の実施例もしくは第２の実施例と同じのものについては、図４もしくは図６と同じの番号を付してあり、詳細な説明は省略する。

以下、基地局装置１０１が受信した信号の流れを、図７を用いて詳細に説明する。アンテナ３０１による信号受信からＲＦ処理部４０１によるベースバンド信号への変換までの処理は、実施例１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

ＲＦ処理部４０１から出力された信号は、ＦＦＴタイミング検出部７０１に入力される。ＦＦＴタイミング検出部７０１は、ＦＦＴ演算を行う対象範囲の先頭データを検出する動作については、第１および第２の実施例におけるＦＦＴタイミング検出部４０２と同様である。ただし、フレーム先頭のデータを出力する際に、第一のカウンタ４０６に対してフレーム出力開始通知を送信する点が、第１および第２の実施例と異なる。

第一のカウンタ４０６およびスケジューラ６０２の動作については、第２の実施例と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ＦＦＴタイミング検出部７０１から出力されたデータ系列は、利得調整部７０２に入力される。利得調整部７０２は、入力されたデータに対し、キャッシュメモリ６０３に保持されている利得を乗じる。

利得調整部７０２から出力されたデータ系列は、ＦＦＴ演算部７０３に入力される。ＦＦＴ演算部７０３は、第１および第２の実施例におけるＦＦＴ演算部４０３と同様の動作により、入力されたデータに対し、ＦＦＴ演算を行う。ただし、入力されるデータはすでに利得調整が行われたものであるため、フレーム先頭の出力の際にフレーム開始通知の送信は行わない点が、第１および第２の実施例と異なる。

ＦＦＴ演算部７０３から出力されたデータ系列は、復調・復号処理部４１１に入力される。復調・復号処理部４１１における処理は、第１の実施例と同様であるため、ここでは説明を省略する。

上述のように、本発明の第３の実施例では、基地局装置１０１ならびに１０２は、ＦＦＴ演算の前段で利得調整を行う。すなわち、使用されない副搬送波が存在する場合には、ＦＦＴにより平均電力が増加する前に、予め平均電力を小さくしておく。利得調整部では、ＡＧＣにより平均電力がほぼ一定に保たれた信号が入力されるため、電力増加を見込んでビット幅を大きくする必要がない。これにより、第２の実施例により得られる効果に加え、利得調整部の回路規模を削減することが可能になる。

本発明によれば、ＯＦＤＭをベースとするセルラ無線通信において、復号誤りを防止することにより、信号の再送回数を削減し、スループットを向上させることができる。

ＯＦＤＭセルラ無線通信システムの構成図。 ＵＭＢの無線区間のフレーム構成図。 基地局装置の全体構成を示すブロック図。 第１の実施例における基地局装置の受信回路を示すブロック図。 カウンタの動作を示すフロー図。 第２の実施例における基地局装置の受信回路を示すブロック図。 第３の実施例における基地局装置の受信回路を示すブロック図。 ＵＭＢの周波数・時間資源の割り当て単位およびパイロット配置の模式図。 端末装置の全体構成を示すブロック図。

符号の説明

１０１、１０２…基地局装置
１０３…ネットワーク
１０４…端末装置
３０１…基地局のアンテナ
３０２…基地局のデュプレクサ
３０３…基地局の送信回路
３０４…基地局の受信回路
３０５…基地局のネットワークインタフェース
３０６…基地局の制御部
４０１…基地局のＲＦ処理部
４０２…基地局のＦＦＴタイミング検出部
４０３…基地局のＦＦＴ演算部
４０４…基地局のクロック信号生成部
４０５…基地局のフレームバッファ
４０６…基地局の第一のカウンタ
４０７…基地局のピーク値観測部
４０８…基地局の利得計算部
４０９…基地局の第二のカウンタ
４１０…基地局の利得調整部
４１１…基地局の復調・復号処理部
５０１…フレーム番号を０にリセットするステップ
５０２…クロック数を０にリセットするステップ
５０３…フレーム出力開始通知を受信するステップ
５０４…フレーム番号が０であるか否かを判定するステップ
５０５…１フレームの長さを８に設定するステップ
５０６…１フレームの長さを１６に設定するステップ
５０７…クロック数の値を１増やすステップ
５０８…クロック数が設定されたフレーム長に相当する値であるか否かを判定するステップ
５０９…フレーム切り替え指示を送信するステップ
５１０…フレーム番号が２４であるか否かを判定するステップ
５１１…フレーム番号を１増やすステップ
６０１…基地局の利得調整部
６０２…基地局のスケジューラ
６０３…基地局のキャッシュメモリ
６０４…基地局の利得計算部
６０５…基地局のスケジューリング情報管理部
７０１…基地局のＦＦＴタイミング検出部
７０２…基地局の利得調整部
７０３…基地局のＦＦＴ演算部
９０１…端末のアンテナ
９０２…端末のデュプレクサ
９０３…端末の送信回路
９０４…端末の受信回路
９０５…端末のアプリケーションインタフェース
９０６…端末の制御部

Claims (17)

1. ＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用する副搬送波が割り当てられたＯＦＤＭ信号を受信する通信装置であって、
   前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信回路を有し、
   前記受信回路は、
   受信信号のフレームの境界を検出するタイミング検出部と、
   前記検出された境界より後のフレームに切り替える制御信号を出力する第一のカウンタと、
   前記制御信号に基づき、前記境界より後のフレームにおける利得を算出するユニットと、
   前記制御信号に基づき前記境界より後のフレームに含まれる信号系列を読み出し、前記算出された利得を前記信号系列に反映する利得調整部と、
   前記利得を反映された信号系列を復号する復号部とを備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記受信回路は、前記タイミング検出部と前記利得調整部との間にフーリエ変換部を有し、
   前記フーリエ変換部は、
   前記タイミング検出部から出力された受信信号をフーリエ変換し、
   前記フーリエ変換により所定のＯＦＤＭシンボルからなるフレームの先頭データを出力するタイミングで、フレーム出力開始通知を前記第一のカウンタに出力することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第一のカウンタは、前記フレーム出力開始通知に基づき、前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
4. 前記利得を算出するユニットは、
   前記第一のカウンタから出力される制御信号に基づき、前記フーリエ変換部から出力されるフレームの信号強度を観測し、当該フレームにおいて前記信号強度が最大の信号をピーク信号として検出し、前記ピーク信号の信号強度を出力するピーク値観測部と、
   前記ピーク信号の強度と所定の基準値とを比較し、前記ピーク信号の強度が前記基準値よりも大きい場合、前記ピーク信号の強度および前記基準値に基づく利得を算出する利得計算部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記利得を算出するユニットは、
   上りデータ通信のスケジューリング情報を保持するスケジューリング情報管理部と、前記スケジューリング情報に基づき利得を算出する利得計算部と、前記利得を保持するキャッシュメモリとを有し、
   前記制御信号に基づき、前記キャッシュメモリに保持される利得を前記利得調整部に出力することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
6. 前記キャッシュメモリは、前記制御信号に基づき、前記フレームごとに更新されることを特徴とする請求項５記載の通信装置。
7. 前記受信回路は、前記利得調整部と前記復号部との間にフーリエ変換部を有し、
   前記フーリエ変換部は、前記利得調整部から出力された前記利得を反映された信号系列にフーリエ変換を施すことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
8. 前記受信回路は、制御信号に基づき、前記境界より後のフレームにおける利得を算出するユニットを有し、
   前記利得を算出するユニットは、
   上りデータ通信のスケジューリング情報を保持するスケジューリング情報管理部と、
   前記スケジューリングに基づき利得を算出する利得計算部と、
   前記利得を保持するキャッシュメモリとを有し、
   前記制御信号に基づき、前記キャッシュメモリの利得を前記利得調整部に出力することを特徴とする請求項６記載の通信装置。
9. 前記利得を算出するユニットは、受信信号にフーリエ変換を施して得られる周波数領域の信号を参照して、信号強度が基準値を超える過大信号の検出、ならびに前記過大信号における信号強度の基準値からの超過量に応じて可変な利得の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
10. 前記フレームの番号を識別し、前記番号に応じて、前記利得の算出、ならびに前記利得を受信信号に反映する期間の長さが可変であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
11. 前記利得調整部は、前記利得を算出するユニットが出力する、該当するフレームにおける利得量を、受信信号に反映させることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
12. 前記利得を算出するユニットは、受信信号の副搬送波の割り当てに関する情報を参照して、信号強度が基準値を超える過大信号の検出、ならびに前記過大信号における信号強度の基準値からの超過量に応じて可変な利得の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
13. 前記第一のカウンタは、前記フレームの番号を識別し、前記番号に応じて、前記境界を検出するタイミングが可変であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
14. 前記通信装置は、無線通信により送信機と前記ＯＦＤＭ信号の送受信を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
15. 送信機と受信機とがＯＦＤＭ信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、
    前記ＯＦＤＭ信号は、所定数のＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用する副搬送波が割り当てられており、
    前記受信機が有する受信回路は、
    受信信号のフレームの境界を検出するタイミング検出部と、
    前記検出された境界より後のフレームに切り替える制御信号を出力する第一のカウンタと、
    前記制御信号に基づき、前記境界より後のフレームにおける利得を算出するユニットと、
    前記制御信号に基づき前記境界より後のフレームに含まれる信号系列を読み出し、前記算出された利得を前記信号系列に反映する利得調整部と、
    前記利得を反映された信号系列を復号する復号部とを備えることを特徴とするＯＦＤＭ無線通信システム。
16. ＯＦＤＭ信号の受信方法であって、
    前記ＯＦＤＭ信号は、所定数のＯＦＤＭシンボルからなるフレーム毎に使用する副搬送波が割り当てられており、
    前記フレームごとに、フーリエ変換後に信号強度が基準値を越える信号を過大信号として検出し、
    前記過大信号が検出された場合には、前記基準値からの超過量に応じて可変な利得を算出し、
    該当する前記割り当て期間における前記利得を、受信信号に加えることを特徴とするＯＦＤＭ受信方法。
17. 無線通信により前記ＯＦＤＭ信号の送受信を行うことを特徴とする請求項１６に記載のＯＦＤＭ受信方法。

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