JP2009533978A - Mimoofdmにおけるクロック補正のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2006年4月13日に提出され、「MIMO OFDMサンプル・クロック・オフセット補正(MIMO OFDM Sample Clock Offset Correction)」と表題をつけられた米国仮出願、連続番号60/792,143の利益を主張する。その全体は、引用によってここに組込まれる。
伝搬路の特性は、典型的には、例えばフェージング、マルチパスおよび外部干渉のような多くのファクターにより時間とともに変化する。従って、送信されたRF変調信号は、種々のチャネルコンディション(例えば種々のフェージングおよびマルチパス効果)を経験するかもしれないし、異なった複素ゲインおよび信号対雑音比(SNR)に対応付けられるかもしれない。式(1)では、これらの特性はマトリックス
多くの無線通信システムでは、受信機が多くの機能を実行することを支援するために、パイロットトーンとして知られている1つ以上の基準信号が、送信機によって送信される。受信機は、タイミングと周波数獲得、データ復調、およびその他を含む他の機能と同様にチャネル応答を推定するためにパイロットトーンを使用するかもしれない。一般に、1つ以上のパイロットトーンが、受信機に知られているパラメータと共に送信される。受信パイロットトーンの振幅および位相をパイロットトーンの既知の伝送パラメータと比較することによって、受信プロセッサは、それが送信データストリームにおける雑音および誤差を補償することを可能にして、チャンネル・パラメータを計算することができる。パイロットトーンの使用は、「無線通信システムにおける、アップリンク・パイロットおよびシグナリング伝送(Uplink pilot and signaling transmission in wireless communication systems)」と表題が付けられた、米国特許6,928,062号でさらに議論される。その内容は引用によってここに組込まれる。
位相スロープが適切に除去されなければ、受信機の性能は悪化するであろう。このことは、長パケット、および高次直交振幅変調(QAM)変調(つまりMIMO OFDMベースのシステムでしばしば見いだされる位相周波数コンステレーション内に密に間隔を置かれた多くのトーンを備えたもの)については特に該当する。その問題は、許可されたトーンのコンステレーション内に空間的に接近しているトーンを識別することができないこととして現われる。適切に位相スロープを除去することの利点は、より低いSNRで高次QAM変調(つまりトーンのより大きなコンステレーション)でMIMO OFDM方式が動作することができ、したがって、より高い全体的な処理能力を達成することができるということである。
例えば、単純な周波数オフセット測定は、+/−1kHzの内に周波数誤差を決定することができる。2.4GHzの搬送周波数システムについては、これは0.4ppmの誤差と等価である。時間領域測定によって同じ精度を達成することは、1msecのパケットについてドリフトの0.4nsecの測定を必要とするだろう。それははるかにより困難なタスクである。
図2の構成では、1つのデータバーストについてほぼ一定と捕らえられる周波数オフセットは、最初に、パケットの始めからの経過時間(例えば4μ秒の間隔において)と乗算される(202)。その結果は、その時点の推定位相スロープである。それから、この推定位相スロープは、残留位相スロープと呼ばれ、次に説明されるように導出される位相スロープ補正と乗算される(203)。
位相(x)が全く小さいので、多くのシンボルに対するこの複素数値を平均する。シミュレーションでは、単純な1つの極フィルタが、平均されたpaveを生成するために使用された。
pave = αp+(1−α)pave ,
ここで、αは、2-4、2-5、あるいは2-6である。
501. パイロットp21およびp-21から平均パイロット位相を除去する。これは、データトーン上でこのOFDMシンボルに使用されるのと同じ位相補正ファクターよって乗算することを含んでいる。(しかし、これはタイム・クリティカルではない。したがって、もし望まれれば、より単純な複素乗算器が使用されてもよい。)
502. p-21の共役にp21を加えて、これらに重みを加えて、paveに加える。
503. paveの角度を計算し、21で割る。
504. 恐らく次のOFDMシンボルの上で、データトーンに対してこの位相スロープ補正値を使用する。平均算出が、〜32OFDMシンボルを超えて拡張するので、遅れはクリティカルではない。
図3のブロック図は、1つ以上の態様に従って位相補正プロセスのインプリメンテーションを例示する。適応位相スロープ補正は、全体的、典型的な時間追跡処理の一部である。プロセスの最終結果は、パケットのデータ部分の各OFDMサブキャリア上で空間プロセッサ(SPROC)の出力において適用される位相補正の応用である。
残留位相計算の場合には、最初に、トラッキング・パイロット符号ビットは除去され、そして4つのトラッキング・パイロット値は合計される(308)。その結果はCORDICブロック311に供給される。それは、第1のマルチプレクサ301へのLO位相オフセット入力を計算する。
このCFOは、送信機と受信機のクロック間の単一の一定の周波数オフセットを除去するために、時間領域信号において動作するNCOに加えられる。いくつかの態様において、
時間トラッキング(それはさらに位相補正と呼ばれるかもしれない)処理は、1)局部発振器(LO)位相オフセット(例えば位相ノイズ)、および、2)位相スロープ、と関連しているサンプリング周波数誤差を補償するために、パケットのデータ部分中の各サブキャリアにおける位相補正の計算を含んでいる。
601. 推定位相スロープは、バーストのスタートからの経過時間をCFOに掛けることにより、1つのOFDMシンボル当たり一度計算される。
602. 推定位相スロープは、4つのパイロットトーン(p-21、p-7、p7、p21)の各々に対応するトーン・インデックスを(シフトと加算を使用して)掛けられる、そして、その結果は、sin/cos LUTに供給される。
603. それから、sin/cos LUTの出力は、SPROCによって処理されたトラッキング・パイロットの位相を補正するために使用され、位相補正ブロックに渡される。
604. 位相を補正されたトラッキング・パイロットは、(トーンp21の上のトラッキング・パイロット変調を最初に除去して)合計され、(LO位相オフセットとしても知られている)平均トラッキング・パイロット位相を計算するためにCORDIC機能に供給される。
605. 推定位相スロープと残留位相スロープ(下記の608−611を参照)の合計は、時間調節した位相を計算するために、データトーンの各々に対応するトーン・インデックスを(シフトと加算を使用して)掛けられる。
606. タイミングを調整された位相は、LO位相オフセットと(2πを法として)合計され、sin/cos LUTに供給される。
607. その後、sin/cos LUTの出力は、SPROCによって処理された情報トーンの位相を補正するために使用され、そして、位相補正ブロックのために渡される。
608. 情報トーンが処理されている間に、下記ステップに記述されるように最新の残留位相スロープを計算する。
609. パイロットp21およびp-21から推定位相スロープおよび平均パイロット位相を除去する。これをするために、あらかじめ計算されたタイミング調節した位相(上の602)に基づいて2つのパイロットについて新しい位相補正出力、および、このOFDMシンボルについてのLO位相オフセットを計算する。これは、各パイロットの新しいsin/cos LUTおよびパイロット・データとの複素乗算器を含んでいる。
610. p-21の共役にp21を加えて、これらに重みを加え、そしてpaveに加える。
611. paveの角度を計算し、および(乗算器および2つのシフトの累乗を使用して)21で割る。
612. 次のOFDMシンボル上のデータトーンのために、この位相スロープ補正値(残留位相スロープとしても知られている)を使用する(上の605)。平均算出が、少なくとも32のOFDMシンボルを超えて拡張するので、遅れはクリティカルではない。
・1つを超えるパイロットシンボルが利用可能な場合、既知の受信シンボルの内積は、すべての次元について合計される。ここで、1つの次元は、1つのサブキャリア、1つの空間ストリームなどかもしれない。例えば、OFDMシンボルがNp個のパイロットシンボルを含んでいる場合、位相推定は以下のように得られるだろう。
データレート(したがって使用されるコンステレーション)が知られているので、硬判定を行うことができる。
MIMO OFDM方式では、データシンボルの数は、すべてのデータ・サブキャリア(NDataSubcarriers)上のすべてのデータストリームの合計である。
周波数オフセット推定における誤差によって引き起こされた位相オフセットは、時間にわたる位相スロープを引き起こす。したがって、各OFDMシンボルにおいて、すべての以前の位相補正の累計は維持される:
703. パイロットシンボルを復調し、すべての次元について、既知の送信され推定されたパイロットシンボルの内積合計を得る。
704. データシンボルを復調し、推定されたシンボルについて硬判定を行ない、すべての次元について推定されたシンボルと硬判定の内積合計を得る。
705. 703と704に得られた複素数を合計し、結果として生じる複素数、
シンボルが、それぞれ2度、位相補正され解読される(702−704と705−706)ことに注意する。
上記の位相推定の技法は、残留周波数オフセット誤差が時間にわたる位相スロープを引き起こす場合について説明された。しかしながら、この方法は、時間において増大しないが、位相ノイズのように、1つのOFDMシンボルから次までランダムウォークである位相誤差について使用され得る。更に、上記技法は、ストリーム上で複数のストリームおよび可変レートと共に使用されてもよい。
小さな残留周波数誤差を仮定して、OFDMシンボルnの上で得られた位相は、OFDMシンボルn+1に加えられるかもしれない。したがって、現在のOFDMシンボルは、単に、
位相推定は、MIMOトレーニングのようなパケットのデータ部分の直前のOFDMシンボルから得られるだろう。
したがって、縮小された複雑さの位相推定および補正手順は、図8に示され、次のとおりだろう:
801. 初期化:
・
803. パイロットシンボルを復調し、既知の送信され推定されたパイロットシンボルの内積合計を、すべての次元について得る。
804. データシンボルを復調し、推定されたシンボルに関する硬判定を行ない、すべての次元について推定されたシンボルと硬判定の内積合計を得る。
805. 803と804において得られた複素数を合計し、生じる複素数
固有ステアリング(eigensteering)が送信機で使用される場合、生成された複数の空間のチャンネルは、変化するSNRを持つ。その結果、位相推定を得る最良の方法は、異なったストリーム上のSNRに基づいた最大比合成(maximal ratio combining)(MRC)を行うことによる。この技法は、一般的で、任意の伝送スキームと共に動作する。すべてのストリーム上のSNRが等しい場合、この技法は、直ぐ上で説明されたものになる。
・Ksは、データシンボル・サブキャリアの数である、
・Nssは、データ空間ストリームの数である、
・γs(k,i)は、サブキャリアkのデータ空間ストリームi上のデータシンボルのSNRである。
・
・ KPは、パイロットシンボル・サブキャリアの数である。
・ NPSは、パイロット空間ストリームの数である。
・γP(k,i)は、サブキャリアkのパイロット空間ストリームi上のパイロットシンボルのSNRである。
MRCについての別のやり方は、空間ストリームおよびサブキャリアのような次元をすべて組み合わせることである。データとパイロットシンボルの両方を含んでいるOFDMシンボルについては、位相推定は、両方のソースからの情報を使用して以下のように得られる。
データとパイロットシンボルの両方を含んでいるOFDMシンボルについては、位相推定は、両方のソースからの情報を使用することによって、以下のように得られる。
異なったストリーム上のSNRが異なるので、位相推定を得る別の方法は、最高のSNRのシンボルを使用することである。それは、固有ステアリング(eigensteering)の場合には、主要な固有モード上で送信されたシンボルを使用することに相当する。
記憶装置は、プロセッサ内にあるいはプロセッサの外部にインプリメントされるかもしれない。その場合には、当該分野で知られているように、それは、種々の手段を介して通信できるようにプロセッサに結合される。
Claims (22)
- パケットのデータ部分におけるOFDMシンボルについて位相スロープを推定することと、
パケットのデータ部分中で前記OFDMシンボルについて残留位相スロープを測定することと、
前記位相スロープおよび前記残留位相スロープに基づいて位相補正を調節することと、
を含むワイヤレス装置における位相補正の方法。 - 調節することは、
前記位相スロープの移動平均に基づいて調節すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 推定することは、
前記パケットのスタート時からの経過時間を測定すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 残留位相スロープを測定することは、
パイロットの追跡から位相情報を抽出すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 推定することは、
受信パイロットシンボルの推定を既知の送信されたパイロットシンボルと比較すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 未知のデータシンボルを推定することと、
前記推定されたデータシンボルから推定された位相調節を得ることと、
前記位相補正を調節する前に前記推定位相調節を適用することと、
をさらに含む、請求項5の方法。 - 測定することは、
受信パイロットシンボルから平均パイロット位相を取り除くことと、
受信パイロットシンボルの共役を形成することと、
前記受信パイロットシンボルと前記共役を結合させることと、
前記結合した共役および受信パイロットシンボルに重みを加えることと、
角度情報を計算することと、
をさらに含み、
そして、調節することは、
角度情報を使用して、前記受信パイロットシンボルを含むバースト中に受信されたパケットを補正すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 測定することは、
受信データシンボルから平均位相を取り除くことと、
受信データシンボルの共役を形成することと、
前記受信データシンボルと前記共役を結合させることと、
前記結合した共役および受信データシンボルに重みを加えることと、
角度情報を計算することと、
をさらに含み、
そして、調節することは、
前記角度情報を使用して、前記受信データシンボルを含むバースト中に受信されたパケットを補正すること、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 請求項1の方法を実行するように構成された電子装置。
- パケットのスタートから経過時間に基づいて、パケットのデータ部分におけるOFDMシンボルの位相スロープを推定するための命令と、
前記パケットのデータ部分における前記OFDMシンボルに対するパイロットの追跡から残留位相スロープを測定するための命令と、
前記位相スロープおよび前記残留位相スロープに基づいて位相補正を調節するための命令と、
を含む、コンピュータによって実行されるときにコンピュータにオペレーションを実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体。 - パケットのスタートから経過時間に基づいてパケットのデータ部分におけるOFDMシンボルの位相スロープを推定するための手段と、
前記パケットのデータ部分における前記OFDMシンボルに対するパイロットの追跡から残留位相スロープを測定するための手段と、
前記位相スロープおよび前記残留位相スロープに基づいて位相補正を調節するための手段と、
を含む、ワイヤレス装置において位相補正を実行するための装置。 - 前記調節するための手段は、
前記位相スロープの移動平均に基づいて調節するための手段、
をさらに含む、請求項11の装置。 - 前記推定するための手段は、
前記パケットのスタート時からの経過時間を測定するための手段、
をさらに含む、請求項11の装置。 - 前記残留位相スロープを測定するための手段は、
パイロットの追跡から位相情報を抽出するための手段、
をさらに含む、請求項11の装置。 - 前記推定するための手段は、
受信パイロットシンボルの推定を既知の送信されたパイロットシンボルと比較するための手段、
をさらに含む、請求項11の装置。 - 前記残留位相スロープを測定するための手段は、
未知のデータシンボルを推定するための手段と、
前記推定されたデータシンボルから推定位相調節を得るための手段と、
前記位相補正を調節する前に前記推定位相調節を適用するための手段、
をさらに含む、請求項15の装置。 - 前記測定するための手段は、
受信パイロットシンボルから平均パイロット位相を取り除くための手段と、
受信パイロットシンボルの共役を形成するための手段と、
前記共役を前記受信パイロットシンボルと結合させるための手段と、
前記結合した共役および受信パイロットシンボルに重みを加えるための手段と、
角度情報を計算するための手段と、
をさらに含み、
そして、調節することは、
前記角度情報を使用して、前記受信パイロットシンボルを含むバースト中に受信されたパケットを補正するための手段、
をさらに含む、請求項11の装置。 - 前記測定するための手段は、
受信データシンボルから平均位相を取り除くための手段と、
受信データシンボルの共役を形成するための手段と、
前記共役を前記受信データシンボルと結合させるための手段と、
前記結合した共役および受信データシンボルに重みを加えるための手段と、
角度情報を計算するための手段と、
をさらに含み、
そして、調節することは、
前記角度情報を使用して、前記受信データシンボルを含むバースト中に受信されたパケットを補正するための手段、
をさらに含む請求項11の装置。 - 受信信号の位相補正を調節するように構成された少なくとも1つのプロセッサであって、
さらに、位相スロープおよび残留位相スロープに基づいて前記位相補正を調節するように構成された前記少なくとも1つのプロセッサ、ここにおいて、前記少なくとも1つのプロセッサは、前記パケットのスタートから経過時間に基づいてパケットのデータ部分におけるOFDMシンボルについて位相スロープを推定するように、そして、前記パケットのデータ部分におけるOFDMシンボルに対するパイロットの追跡から残留位相スロープを測定するように構成される、および、
前記少なくとも1つのプロセッサに結合されたメモリ、
を含む、ワイヤレス装置において位相補正を実行するための装置。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記位相スロープの移動平均に基づいて調節するように構成される、請求項19の装置。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、パイロットの追跡から位相情報を抽出することにより前記残留位相スロープを測定するように構成される、請求項19の装置。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、受信パイロットシンボルの推定を既知の送信されたパイロットシンボルと比較するように構成される、請求項19の装置。
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