JP2010050885A - 無線端末、基地局及びチャンネル特性推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信信号からFFTの動作タイミングを決める同期捕捉追従器200−17を具備し、同期捕捉追従手段200−17が生成するFFTの動作タイミングの変化を捉えるFFT動作タイミング差分取得部と、上記FFT動作タイミング差分取得部の出力であるFFT動作タイミング変化量をもとに、受信したパイロットから伝搬路を推定するチャンネル推定部に蓄積されている伝搬路推定結果に対して回転演算を行うことによって、上記チャンネル推定値の誤差を補正する。
【選択図】図5
Description
マルチパス伝送路(伝搬路)の影響を受けたOFDM信号を受信した場合、受信機での復調処理は歪みを含んだシンボルが出力される。従って、受信したシンボルを正しく復調するには、受信機では、伝搬路の特性(チャンネル特性)を推定し、伝搬路の歪みを除去する必要がある。実用的なシステムでは、送信シンボルに伝搬路推定のための情報を付加することによって、悪条件下においても信頼性の高い推定を行うことができる。このようにして付加された伝送路推定用のシンボルは、パイロットシンボルと呼ばれる。
実際の伝送路は時間とともに徐々に伝送路特性は変化するので、一度推定した特性を使用し続けることはできない。従って、パイロットシンボルを定期的に伝送し、伝送路特性が大きく変化しないうちに最新の状態に更新する必要がある。パイロットシンボルの挿入間隔は伝送路特性の変化速度を考慮して決められる。頻繁にパイロットシンボルを挿入すると大幅に伝送効率が劣化してしまう。実際全てのシンボルに対してパイロットシンボルを伝送しなくても限られたシンボルのみを伝送するだけで全てのシンボルに対して伝送路特性を推定することが可能である。
また、特許文献1には、FFT動作タイミングのずれを補正することが開示されている。
h’n(w)は時刻nにおける伝送路推定値であって、h’n−1(w)は時刻n−1における伝送路推定値を表している。hn(w)は、時刻nでパイロットシンボルによって得られた推定値である。αは忘却平均係数で、αが1に近ければ最新のパイロットシンボルによって得られた情報が推定値hn(w)に反映される。
OFDMシステムにおいて、忘却平均チャンネル推定は合理的なハード規模で、時間線形補間のチャンネル推定方法よりも高い精度が期待される。ただし、忘却平均チャンネル推定を行う際に、受信側のFFT演算によるチャンネル推定値は周波数軸上の位相回転が生じる。この位相回転量はexp(jwτ)である、ここで、wは周波数、τは時刻nでの累積されたFFT動作タイミングを表す。式(1)によると、もし時刻nのFFT動作タイミングと時刻n−1のFFT動作タイミングが異なるなら、現在のチャンネル推定値と過去の推定値の位相回転量が変わるので(式2)、平均後のチャンネル推定値に誤差を与える。
従って、FFT窓位置の変化(動作タイミングの差分)によるチャンネル推定値の誤差を補正する必要がある。
このように、OFDMアクセス方式をベースとした無線通信システムにおいて、忘却平均チャンネル推定を行う際に、受信側のFFT動作タイミングの変化により現在のチャンネル推定値と過去の推定値には位相の差分が生じる場合がある。この位相差分によってチャンネル推定値の誤差が生じるため、チャンネル推定値の誤差を補正する必要がある。
本発明は、以上の点に鑑み、OFDMを用いる無線通信システムにおいて、忘却平均を用いてチャンネル特性を推定する無線端末、基地局及びチャンネル特性推定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、忘却平均を行う無線通信システムにおいて、FFT動作タイミングの変化による過去のチャンネル推定値と現在のチャンネル推定値の位相回転量の差分を補正することを目的のひとつとする。また、本発明は、忘却平均によるチャンネル推定の精度を上げることを目的のひとつとする。
また、上記無線通信装置の上記FFT動作タイミング差分取得部は、伝搬路推定部で行う回転演算の回転係数を計算し、伝搬路推定部に対して回転係数を出力することを特徴のひとつとする。
また、上記無線通信装置の上記伝搬路推定部では、受信したパイロット信号から補間演算により、複数サブキャリアおよび複数シンボルタイミングの伝搬路推定結果を作成するが、その際に、過去に蓄積された伝搬路推定結果と、新たに受信したパイロットから得られた伝搬路推定結果を使い、忘却平均により伝搬路推定結果を逐次更新することを特徴のひとつとする。さらに、回転演算は、上記の過去に蓄積された伝搬路推定結果に対して行うことを特徴のひとつとする。
また、無線通信装置の他の形態は、FFTを内蔵するOFDM変調を行う無線通信装置(無線端末)であって、受信信号から上記FFTの動作タイミングを決める同期捕捉追従手段を具備し、上記同期捕捉追従手段が生成するFFTの動作タイミングの変化を捉えるFFT動作タイミング差分取得部と、上記FFT動作タイミング差分取得部の出力であるFFT動作タイミング変化量をもとに、受信したパイロットから伝搬路を推定する伝搬路推定部に蓄積されている伝搬路推定結果とデータに対して回転演算を行うことを特徴とした無線通信装置により解決される。
上記無線通信装置の上記FFT動作タイミング差分取得部は、伝搬路推定部で行う回転演算の回転係数を計算し、伝搬路推定部とデータに対して回転係数を出力することを特徴のひとつとする。
無線通信装置は、FFTを内蔵するOFDM変調を行う無線通信装置(基地局)であって、受信信号の検出から送信信号のタイミングを調節するタイムアラインメント手段を具備し、上記タイムアラインメント手段が生成するタイムアラインメント調節量をもとに、受信したパイロットから伝搬路を推定する伝搬路推定部に蓄積されている伝搬路推定結果に対して回転演算を行うことを特徴のひとつとする。
上記無線通信装置の上記タイムアラインメント部は、伝搬路推定部で行う回転演算の回転係数を計算し、伝搬路推定部に対して回転係数を出力することを特徴のひとつとする。
また、無線通信装置の他の形態は、FFTを内蔵するOFDM変調を行う無線通信装置(基地局)であって、忘却平均実施タイミング制御部を具備し、忘却平均実施タイミング制御部より予め決められたタイミングにて受信したパイロットから伝搬路を推定する伝搬路推定値と過去蓄積された伝搬路推定結果を基に忘却平均演算を行うことを特徴のひとつとする。
直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末であって、
前記基地局からの受信信号を所定の動作タイミングでフーリエ変換するフーリエ変換器と、
受信信号から前記フーリエ変換器の動作タイミングを決める同期捕捉追従器と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号及び推定されたチャンネル特性から前記基地局が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
前記フーリエ変換器の第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により前記無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記無線端末が提供される。
直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける基地局であって、
前記基地局は、
予め定められた動作タイミング毎に、前記無線端末からの受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換器と、
前記無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、前記無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部からタイムアラインメント調整量を取得するタイムアラインメント調整量取得部と、
前記タイムアラインメント調整量取得部で取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求める回転係数演算部と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号及び推定されたチャンネル特性から前記無線端末が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数演算部で求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記基地局が提供される。
直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける基地局であって、
前記基地局は、
予め定められた動作タイミング毎に、前記無線端末からの受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換器と、
前記無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、前記無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを、予め定められたタイミングで実施するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部によるタイムアラインメントを実施するタイミングか否かを判断する忘却平均実施タイミング制御部と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号と推定されたチャンネル特性とから前記無線端末が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
タイムアラインメントを実施するタイミングにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、
タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記基地局が提供される。
直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
フーリエ変換器の第1動作タイミングでの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求めるステップと、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出すステップと、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法が提供される。
直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するステップと、
前記タイムアラインメント調整量を取得するステップと、
取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求めるステップと、
フーリエ変換器の第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求めるステップと、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出すステップと、
第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数を求めるステップで求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法が提供される。
直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを、予め定められたタイミングで実施するステップと、
タイムアラインメントを実施するタイミングか否かを判断するステップと、
タイムアラインメントを実施するタイミングにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法が提供される。
1.第1の実施の形態
図1に、無線通信システムの全体図を示す。
無線通信システムは、例えば、基地局BS100−1と、無線端末(以下、端末と記す)MS1 100−2〜MS99 100−4を備える。基地局100−1のカバーする範囲に、例えば端末MS1 100−2、MS2 100−3、MS99 100−4がある。端末MS1等は基地局100−1、公衆網100−5を介して、例えば、他の基地局のカバーする範囲の端末MS100 100−6と通信できる。
本無線通信システムは、例えば、OFDM無線アクセス方式を採用したOFDMシステムである。OFDMは直交波周波数分割多重のことをいい、無線LAN、3.5GのWiMAX、3.9GのLTE/UMB、次世代PHSなどの無線通信システムに使われる無線アクセス方式である。
Y=H×X+N
ここで、Y:受信信号、H:チャンネル特性、X:送信信号、N:雑音
受信機では、以下のように受信信号Yから送信信号Xを取り出す。
X=Y/H’−N/H’
ここで、H’:チャンネル特性の推定値
なお、雑音Nは測定することが困難な場合があるので、以下のように送信信号Xと雑音成分を取り出し、雑音の除去は適宜の手法を用いてもよい。
Y/H’=X+N/H’
上述のように送信信号を取り出すためには、チャンネル特性Hの推定が必要となる。チャンネル推定の方法として、例えばパイロットを使用するものがある。パイロットとは、送受信側の双方で既知の信号である。また、チャンネル推定のために、送信するデータ信号の間に挟まれる信号である。例えば、既知のパイロット信号Xpを送信機で送信し、受信機での受信信号をYpとすると、ノイズの項を無視すれば、Yp=H×Xpであるので、受信機でのチャンネル特性の推定値H’=Yp/Xpである。ここで、Xpは既知のパイロット信号を予め受信機に記憶しておき、適宜読み出すことができる。なお、データのチャンネル特性は、同フレームのパイロット信号のチャンネル特性と一致するとして、パイロット信号から求められたチャンネル特性の推定値を送信データの取り出しに用いることができる。
具体的なシステム機能ブロック図を以下に説明する。
図2は、OFDMを用いた無線通信システムの下り方向のシステム構成図である。
基地局(BS)100−1は、送信側において、例えばデータストリーム流から規定されているフォーマットのパケットを生成するパケット生成部200−2と、誤り訂正機能を具備するチャンネル符号器200−3と、チャンネルキャパシティーを増やし、Diversity(ダイバーシティ)効果が得られるためのMIMO(Multiple Input Multiple Output)アンテナ制御器200−4と、周波数軸の信号を時間軸の信号に変換するIFFT変換器(逆フーリエ変換器)200−5と、ベースバンドの信号を高周波信号に変換するRF−Tx(無線送信部)200−6と、高周波信号を送信するアンテナ200−7とを有する。送信信号は無線空間チャンネル200−8を通して、端末の受信側で受信される。
ただし、本実施の形態は、送信側のチャンネル符号器200−3及びMIMOアンテナ制御器200−4と、受信側のMIMOアンテナ制御器200−14及びチャンネル復号器200−15とを省略してもよく、これらを含まないシステムについても本実施の形態の範疇である。
1スーパーフレームは、例えば、スーパーフレームプリアンブルと、25個のPHYフレーム(物理フレーム)とを有する。図3は、縦軸に周波数をとり、複数のサブキャリアのスーパーフレームを示している。スーパーフレームプリアンブルとは、例えば、初期同期用のTDMパイロットシンボル、基本制御情報(セクタID、時刻)などが送信されるためのものもある。PHYフレームでは、制御チャンネル、データチャンネル(トラヒックチャンネル)が使用される。制御チャンネルは、下り/上りチャンネルのアサイン情報、電力制御、H−ARQ制御などの制御情報を送信するチャンネルである。データチャンネルは、ユーザごとのトラヒック信号を送信するチャンネルである。
トラヒックチャンネルには、周波数軸に8(又は16)サブキャリアごと、時間軸に4シンボルごとにデータチャンネルがパンクチャされ、FCPICH(Forward Common Pilot Channel)のパイロット信号が配置される。受信側においては、FCPICHを用いて周波軸と時間軸の補間手段を用いて、データチャンネルのチャンネル推定を行うことができる。
チャンネル推定器200−13は、例えば、チャンネル推定部400−1と、遅延部400−2と、共役演算部400−3と、セレクタ(分岐器)400−4と、乗算器400−5とを有する。
同期捕捉追従器200−17の出力であるFFT動作タイミングにてFFT変換器200−12は受信信号をFFT変換する。チャンネル推定器200−13の入り口では、セレクタ400−4によりパイロット信号とデータ信号が分類される。パイロット信号はチャンネル推定部400−1に用いられ、データ信号はチャンネル推定処理分を遅延部400−2で遅延させ、チャンネル推定部400−1の出力の共役信号と掛け算して復調データが求められ、出力される。
チャンネル推定部400−1は、例えば、第1記憶部401−1と、第2記憶部401−2と、乗算器401−3〜5と、加算器401−6とを有する。第1記憶部401−1は、例えば、時刻nで受信したpilot入力信号と、既知のpilot系列パターンとを乗算器401−3で乗算して求められる時刻nのチャンネル推定値(第1チャンネル特性推定値)hnが記憶される。第2記憶部401−2は、例えば、時刻n−1において求められたチャンネル推定値(第2チャンネル特性推定値)h’n−1が記憶される。なお、チャンネル推定値h’n−1は、pilot入力信号により求められる時刻n−1のチャンネル推定値hn−1と、時刻n−2において求められたチャンネル推定値h’n−2とに基づき忘却平均を用いて求められ、記憶されたものである。
乗算器401−4、401−5は、時刻nとn−1のチャンネル推定値にそれぞれ忘却平均係数α、(1−α)を乗算する。加算器401−6により加算された結果は時刻nの最終的なチャンネル推定値h‘nになる。
本システムは、図2で示した下りシステム機能ブロックの端末に、FFT動作タイミング(τ)保存部と、FFT動作タイミング差分取得部と、回転係数演算部とをさらに有する。
FFT動作タイミング保存部は、例えば、一定の周期で同期捕捉追従器200−17の出力であるFFT動作タイミングτを記録する。FFT動作タイミング差分取得部は、FFT動作タイミングの変化量Δを計算する。回転係数演算部は、過去のチャンネル推定値を用いて、忘却平均の演算に用いられる回転係数(位相回転量)を計算する。ここで、FFT動作タイミングの変化量とは、例えば、過去のチャンネル推定値を求める際にFFT変換した時刻と、現在のチャンネル推定値を求めるのにFFT変換した時刻との時間差である。
ただし、回転係数演算部をチャネル推定部600−1にもち、FFT動作タイミング差分取得部は、その係数を指定するパラメータをチャネル推定部600−1に渡すようにしてもよい。このようにしても本実施の形態の効果が変わらないことは明白であり、後者についても本実施の形態の範疇である。
チャンネル推定器510は、回転係数に従いチャンネル推定を行う。本実施の形態は、例えば、受信した最新PHYフレームのデータチャンネルを復調する。つまり、チャンネル推定値h’n+1(w)を用いてデータdn+1(w)の復調を行う。
式(2)と式(3)を比較すると、FFT動作タイミングはτからτ+Δに変化するに伴い、時刻n+1のチャンネル推定値と過去時刻nのチャンネル推定値の位相回転差分はejwΔである。従って、過去のチャンネル推定値を回転係数ejwΔで補正すると、時刻nと時刻n+1の位相回転量は同じになる。
図4と同様のブロックは同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図7に示すように、チャンネル推定器600−1は乗算器700−1をさらに有する。乗算器700−1は、忘却平均係数1−αと、入力される回転係数を乗算して忘却平均補正係数を求め、乗算器401−5に出力する。
チャンネル推定部600−1の乗算器401−3で、受信したパイロット信号に対して既知のパイロットパタンをかけ、時刻nのチャンネル推定値が得られる。時刻nのチャンネル推定値に乗算器401−4により忘却平均係数αをかけた値と、過去時刻n−1のチャンネル推定値に上記の回転係数と忘却平均係数を組み合わせた忘却平均補正係数を乗算器401−5によりかけた値を、加算器401−6で加算する。加算結果は時刻nの最終的なチャンネル推定値になる。
無線端末は、FFT変換器200−12の第1動作タイミングでの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求める(S1701)。無線端末は、第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、第2記憶部401−2に記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出す(S1703)。無線端末は、第1動作タイミングと第2動作タイミングの差分を求める(S1705)。無線端末は、該差分に基づき位相回転演算のための回転係数を求める(S1707)。無線端末は、第2チャンネル特性推定値に対して、求められた回転係数により位相回転演算する(S1709)。無線端末は、ステップS1709の演算結果と、第1チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する(S1711)。無線端末は、受信信号及び推定されたチャンネル特性から、基地局が送信したデータを復調する(S1713)。
本システムにおいて、受信した最新PHYフレームの1フレーム前のデータチャンネルを復調してもよい。時刻n+1の時点で、FFT動作タイミングはτからτ+Δに変化すると仮定する。ここで、チャンネル推定値hn(w)とhn+1(w)で時間軸上の補間演算した結果、チャンネル推定値h’n+1(w)を用いて、dn(w)の復調を行う。
本変形例においては、過去のチャンネル推定値hn(w)を回転係数ejwΔで補正したため、dn(w)に対応するチャンネル推定用のパイロットチャンネル信号のサブキャリアごとの位相回転量はejw(τ+Δ)である。しかし、時刻nのデータチャンネル信号のサブキャリアごとの位相回転量はejwτである。データチャンネルの正しい復調には、データチャンネルとパイロットチャンネルの等しい位相回転量でなければならない。従って、本変形例においては、後に示す図8に示すように、データチャンネルに対してもチャンネル推定値と同じ回転回数で補正する。
チャンネル推定器510−2は、遅延部400−2からのデータと、回転係数演算部500−3からの回転係数を乗算する乗算器800−1をさらに有する。ただし、本変形例においても、回転係数演算部500−3等をチャネル推定部600−1にもち、FFT動作タイミング差分取得部500−2は、その係数を指定するパラメータを渡す方法によっても、本実施の形態の効果が変わらないことは明白であり、後者についても本実施の形態の範疇である。
図9は、OFDMを用いた無線通信システムの上り方向のシステム構成図である。
端末(MS)は、送信側において、データストリーム流を規定されているフォーマットのパケットを生成するパケット生成部900−2と、誤り訂正機能を具備するチャンネル符号器900−3と、チャンネルキャパシティーを増やし、Diversity効果が得られるためのMIMOアンテナ制御器900−4と、端末MSの送信タイミング、電力制御を行うMS制御チャンネル部900−5と、DFT(離散フーリエ変換)演算を行うDFT変換器900−6と、周波数軸の信号を時間軸の信号に変換するIFFT変換器900−7と、ベースバンドの信号を高周波信号に変換するRF−Tx(無線送信部)900−8と、高周波信号を送信するアンテナ900−9とを有する。図9では、端末MS1 100−2を示すが、他の端末の構成も同様である。送信信号は無線空間チャンネル900−10を通して、基地局100−1の受信側で受信される。
基地局(BS)100−1は、受信側において、高周波の無線信号を受信するアンテナ900−12と、高周波の信号からベースバンド信号に変換するRF_Rx(無線受信部)900−13と、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換するFFT変換器900−14と、無線チャンネルの特性を推定するチャンネル推定器900−15と、チャンネルの歪みを等化するチャンネル等化器900−16と、IDFT(逆離散フーリエ変換)変換器900−17と、BS制御チャンネル部900−21と、各アンテナから受信した信号を復調するMIMOアンテナ制御器900−18と、送信側で行われたチャンネル符号器の逆操作である復号を行うチャンネル復号器900−19と、パケットを上位のデータストリーム流に変換するパケット変換部900−20とを有する。
図10に、上りパケットのフレームフォーマットを示す。
下りのシステムパケットフレームと違って、1スーパーフレームにはスーパーフレームプリアンブルがなく、25個のPHYレームを有する。PHYフレームには、制御チャンネル、データチャンネル(トラヒックチャンネル)が使用される。データチャンネルは、ユーザごとのトラヒック信号を送信するチャンネルである。上りのチャンネル推定用のパイロットチャンネルRPICH(Reverse Pilot Channel)はトラフィックチャンネルをパンクチャし、例えば図10に示すように配置される。
端末(MS)は、基地局(BS)が送信する下りのスーパーフレームのスーパーフレームプリアンブルシンボルからシステムパラメータを取得し、初期同期用のR−ACH(Reverse Access Channel)を基地局に送信する(S101〜S105)。基地局はR−ACHの信号を検出し、BS制御チャンネル部900−21にて初期タイミング調整量の信号を送信する(S107)。端末がMS制御チャンネル部900−5にて受信した上り送信タイミングオフセットを取得し、上り初期送信タイミングオフセットの調整を行う(S109)。その後、端末が上りのパイロットチャンネル(R−PICH)とデータチャンネル(R−DCH)を基地局に送信する(S111)。基地局がパイロットの信号を検出し、BS制御チャンネル部900−21にて定常タイミング調節量を送信する(S113)。端末は、MS制御チャンネル部900−10にて定常タイミング調節量を受信し、定常タイミング制御を行う(S115)。例えば、MS制御チャンネル部900−5は、受信信号からタイミング調整量Δを取り出して、RF−Tx900−8に渡す。RF−Rx900−8がタイミング調整量に従って、送信バッファの遅延量を調整する。
図9のシステムに対し、基地局100−1は、タイムアラインメント調節量取得部と、回転係数演算部とをさらに有する。他の構成は図9のシステムと同様である。
本実施の形態では、上りで受信した最新PHYフレームのデータチャンネルを復調する例である。チャンネル推定器800−15は、チャンネル推定値h’n+1(w)を用いてデータdn+1(w)の復調を行う。
図13は、本実施の形態におけるチャンネル推定の説明図である。
タイムアラインメント調整量取得部1200−1は、基地局100−1の受信側でタイムアラインメントの調節量(Δ)を取得する。回転係数演算部1200−2はタイムアラインメント調整量(Δ)に基づき、回転係数を算出する。ここで、タイムアラインメントの調節量(Δ)は、例えば、端末が送信するタイミングと、基地局が受信する所望のタイミングとのずれを示す。
タイムアラインメント調節量をΔと仮定すると、過去のチャンネル推定値に対して補正する回転係数はejwΔになる。チャンネル推定器800−15は、第1の実施の形態と同様である。また、チャンネル推定部600−1は、図7と同様の回路を使用することができる。
図18は、基地局におけるチャンネル特性推定のフローチャート(1)である。
基地局は、無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを実施する(S1801)。基地局は、タイムアラインメント調整量を取得する(S1803)。基地局は、取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求める(S1805)。基地局は、FFT変換器800−14の第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求める(S1807)。基地局は、第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、第2記憶部401−2に記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出す(S1809)。基地局は、第2チャンネル特性推定値に対してステップS1805で求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する(S1811)。基地局は、受信信号及び推定されたチャンネル特性から、基地局が送信したデータを復調する(S1813)。
図14は、忘却平均実施のタイミングを制御する無線通信システムのシステム構成図である。
図9のシステムに比べ、忘却平均実施タイミング制御部1400−1をさらに有する。
上記式2で示したように、FFT動作タイミングの変化は受信側チャンネル推定値の誤差の原因となる。上りのシステムにおいては、端末送信タイミングの変化は受信側のチャンネル推定値の誤差を誘因する。
図14に示すシステムにおいては、端末の送信タイミングの変化が誘因する忘却平均誤差の被害を保護するため、忘却平均実施タイミング制御部1400−1は、上りタイムアラインメントが実行されるタイミングに当たるPHYフレームに対しては忘却平均を行わないように制御する。
忘却平均実施タイミング制御部1400−1は、上り端末の送信タイミング変化時刻を除き、忘却平均のチャンネル推定の時刻をコントロールする機能を有する。チャンネル推定器800−15は、第1の実施の形態と同様である。また、チャンネル推定部600−1は、図7と同様である。
例えば、時刻n+1にタイムアラインメントが行われると仮定すると、その時刻では忘却平均は行わず、パイロットに基づき得られるチャンネル推定値hn+1(w)を用いて、対応するデータdn+1(w)の復調を行う。忘却平均実施タイミング制御部1400−1により、時刻n+1において忘却平均が行われない。式で表すと、αを1とし、式(5)になる。
図16に、忘却平均実施タイミング制御部のフローチャートを示す。
忘却平均実施タイミング制御部1400−1は、入力のサブキャリアタイミングを監視している。忘却平均実施タイミング制御部1400−1は、サブキャリアタイミングに基づいて、タイムアラインメントタイミングであるかどうかを判断する(S1603)。もしタイムアラインメントのタイミングであるなら(S1603、Yes)、忘却平均係数αを1に設定し(S1605)、チャンネル推定器800−15に出力する(S1609)。一方、タイムアラインメントのタイミングではないなら(S1603、No)、タイムアラインメント調節量Δを0に設定し(S1607)、チャンネル推定器800−15に出力する(S1609)。
図19は、基地局におけるチャンネル特性推定のフローチャート(2)である。
基地局は、タイムアラインメントを実施するタイミングか否かを判断する(S1901)。基地局は、タイムアラインメントを実施するタイミングにおいて(S1901)、無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを、予め定められたタイミングで実施する(S1903)。また、基地局は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき無線チャンネルのチャンネル特性を推定する(S1905)。その後、ステップS1913に移る。
一方、基地局は、タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて(S1901)、第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求める(S1907)。また、基地局は、第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、第2記憶部401−2に記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出す(S1909)。そして、基地局は、第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する(S1911)。その後、ステップS1913に移る。
なお、基地局は、図12の構成と図14の構成を組みあわせてもよい。例えば、基地局は、タイムアラインメント調整量取得部1200−1と、回転係数演算部1200−2と、忘却平均実施タイミング制御部1400−1とを備えてもよい。例えば、図16のステップS1607において、Δ=0とする代わりに、タイムアラインメント調整量取得部1200−1で取得されたタイムアラインメント調整量(Δ)を用いてもよいし、回転係数演算部1200−2で求められた回転係数を出力するようにしてもよい。
上述の第1、第2の実施の形態は組み合わせて用いることができる。例えば、下り方向に第1の実施の形態の構成、上り方向に第2の実施の形態の構成を有する無線通信システムを構成することができる。
100−2、3、4、100 端末(MS)
100−5 公衆網
200−2 パケット生成部
200−3 チャンネル符号器
200−4 MIMOアンテナ制御器
200−5 IFFT変換器
200−6 RF−Tx
200−7 送信アンテナ
200−8 無線チャンネル
200−10 受信アンテナ
200−11 RF−Rx
200−12 FFT変換器
200−13 チャンネル推定器
200−14 MIMOアンテナ制御器
200−15 チャンネル復号器
200−16 パケット変換部
200−17 同期捕捉、追従器
400−1 チャンネル推定部
400−2 遅延部
400−3 共役演算部
400−4 セレクタ(分岐器)
400−5 乗算器
401−1 第1記憶部
401−2 第2記憶部
401−3、4、5 乗算器
401−6 加算器
500−1 FFT動作タイミング保存部
500−2 FFT動作タイミング差分取得部
500−3 回転係数演算部
510 チャンネル推定器
600−1 チャンネル推定部
700−1、800−1 乗算器
900−2 パケット生成部
900−3 チャンネル符号器
900−4 MIMOアンテナ制御器
900−5 MS制御チャンネル
900−6 DFT変換器
900−7 IFFT変換器
900−8 RF−Tx
900−9 送信アンテナ
900−10 無線チャンネル
900−12 受信アンテナ
900−13 RF−Rx
900−14 FFT変換器
900−15 チャンネル推定器
900−16 チャンネル等化器
900−17 IDFT変換器
900−18 MIMOアンテナ制御器
900−19 チャンネル復号器
900−20 パケット変換部
900−21 BS制御チャンネル
1200−1 タイムアラインメント調節量取得部
1200−2 回転係数演算部
1400−1 忘却平均実施タイミング制御部
Claims (14)
- 直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末であって、
前記基地局からの受信信号を所定の動作タイミングでフーリエ変換するフーリエ変換器と、
受信信号から前記フーリエ変換器の動作タイミングを決める同期捕捉追従器と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号及び推定されたチャンネル特性から前記基地局が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
前記フーリエ変換器の第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により前記無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記無線端末。 - 第1動作タイミングと第2動作タイミングの差分をとる動作タイミング差分取得部と、
該差分に基づき位相回転演算のための回転係数を求める回転係数演算部と
をさらに備え、
前記チャンネル推定器は、第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数演算部で求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により前記無線チャンネルのチャンネル特性を推定する請求項1に記載の無線端末。 - 前記同期捕捉追従器で決められた、少なくとも第2動作タイミングを保存する動作タイミング保存部をさらに備え、
前記動作タイミング差分取得部は、前記同期捕捉追従器で決められた第1の動作タイミングと、前記動作タイミング保存部に保存された第2の動作タイミングとの差分をとる請求項2に記載の無線端末。 - 前記回転係数演算部は、前記動作タイミング差分取得部で求められた差分と各サブキャリアの周波数とを乗算し、乗算結果に基づき指数演算を行い前記回転係数を求める請求項2に記載の無線端末。
- 前記チャンネル推定器は、
受信信号に含まれるパイロット信号とデータとを分離する分離器と、
前記分離器で分離されたパイロット信号と、前記回転係数演算部からの回転係数とを入力して、前記無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル推定部と、
前記チャンネル推定部で推定された第1動作タイミングのチャンネル特性を共役演算する共役演算部と、
前記分離器で分離された第1動作タイミングのデータを、前記チャンネル推定部での処理時間遅延させる遅延部と、
前記共役演算部の出力と、前記遅延部の出力を乗算して、第1動作タイミングの受信信号に含まれるデータを復調する乗算部と
を有する請求項2に記載の無線端末。 - 前記チャンネル推定器は、
受信信号に含まれるパイロット信号とデータとを分離する分離器と、
前記分離器で分離されたパイロット信号と、前記回転係数演算部からの回転係数とを入力して、前記無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル推定部と、
前記チャンネル推定部で推定された第1動作タイミングのチャンネル特性を共役演算する共役演算部と、
前記分離器で分離された第2動作タイミングのデータを、第1動作タイミングまで遅延させる遅延部と、
前記遅延部で遅延された第2動作タイミングのデータに対して前記回転係数演算部で求められた回転係数により位相回転演算する第1乗算部と、
前記共役演算部の出力と、前記第1乗算器の出力を乗算して、第2動作タイミングの受信信号に含まれるデータを復調する第2乗算部と
を有する請求項2に記載の無線端末。 - 前記チャンネル推定器は、推定されたチャンネル特性を記憶する記憶部を有する請求項2に記載の無線端末。
- 直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける基地局であって、
前記基地局は、
予め定められた動作タイミング毎に、前記無線端末からの受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換器と、
前記無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、前記無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部からタイムアラインメント調整量を取得するタイムアラインメント調整量取得部と、
前記タイムアラインメント調整量取得部で取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求める回転係数演算部と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号及び推定されたチャンネル特性から前記無線端末が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数演算部で求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記基地局。 - 直交波周波数分割多重により、無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける基地局であって、
前記基地局は、
予め定められた動作タイミング毎に、前記無線端末からの受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換器と、
前記無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、前記無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを、予め定められたタイミングで実施するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部によるタイムアラインメントを実施するタイミングか否かを判断する忘却平均実施タイミング制御部と、
無線端末と基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、受信信号と推定されたチャンネル特性とから前記無線端末が送信したデータを復調するチャンネル推定器と
を備え、
前記チャンネル推定器は、
タイムアラインメントを実施するタイミングにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき無線チャンネルのチャンネル特性を推定し、
タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する前記基地局。 - 前記タイミング制御部からタイムアラインメント調整量を取得するタイムアラインメント調整量取得部と、
前記タイムアラインメント調整量取得部で取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求める回転係数演算部と
をさらに備え、
タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて、
前記回転係数演算部は回転係数を前記チャンネル推定器に出力し、
前記チャンネル推定器は、第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数演算部で求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する請求項9に記載の基地局。 - 直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
フーリエ変換器の第1動作タイミングでの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求めるステップと、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出すステップと、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法。 - 第1動作タイミングと第2動作タイミングの差分を求めるステップと、
該差分に基づき位相回転演算のための回転係数を求めるステップと、
第2チャンネル特性推定値に対して、求められた回転係数により位相回転演算するステップと
をさらに含み、
前記チャンネル特性を推定するステップは、前記位相回転演算するステップの演算結果と、第1チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定する請求項11に記載のチャンネル特性推定方法。 - 直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するステップと、
前記タイムアラインメント調整量を取得するステップと、
取得されたタイムアラインメント調整量に基づき、位相回転演算のための回転係数を求めるステップと、
フーリエ変換器の第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求めるステップと、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出すステップと、
第2チャンネル特性推定値に対して前記回転係数を求めるステップで求められた回転係数により位相回転演算し、演算結果と第1チャンネル特性推定値の忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法。 - 直交波周波数分割多重により無線端末と基地局で通信する無線通信システムにおける前記無線端末と前記基地局間の無線チャンネルのチャンネル特性を推定するチャンネル特性推定方法であって、
無線端末にタイムアラインメント調整量を出力して、無線端末でのパケット送信タイミングを調整するタイムアラインメントを、予め定められたタイミングで実施するステップと、
タイムアラインメントを実施するタイミングか否かを判断するステップと、
タイムアラインメントを実施するタイミングにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
タイムアラインメントを実施しないタイミングにおいて、
第1動作タイミングの受信信号に含まれるパイロット信号に基づき第1チャンネル特性推定値を求め、
第1動作タイミングより過去の第2動作タイミングにおいて推定され、記憶された第2チャンネル特性推定値を読み出し、
第1チャンネル特性推定値と、第2チャンネル特性推定値との忘却平均により無線チャンネルのチャンネル特性を推定するステップと
を含む前記チャンネル特性推定方法。
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