JP2011507323A - Ofdm受信機におけるfftウインドウの位置決め方法および装置 - Google Patents

Ofdm受信機におけるfftウインドウの位置決め方法および装置 Download PDF

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Abstract

OFDM受信機におけるFFTウインドウの位置決め方法並びに本方法を実行する電子装置およびコンピュータプログラム製品を開示する。本方法が含むのは、受信OFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルに関するFFTウインドウの位置を決定するステップ、FFTウインドウの位置を使用して受信OFDM信号から第1のOFDMシンボルを取得するステップ、および第1のOFDMシンボルにFFTを適用してFFT出力信号を作成するステップである。本方法がまた含むのは、FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定するステップおよびFFT出力信号から判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去して補償済みFFT出力信号を取得するステップである。FFT出力信号および補償FFT出力信号の少なくとも1つに基づき遅延拡散推定を計算し、少なくとも判定された周波数依存位相ローテーション成分および計算された遅延拡散推定結果に基づきFFTウインドウの位置を調整する。

Description

本発明は一般に通信システムにおける受信信号処理分野に関する。より詳細には本発明はOFDM受信機におけるFFTウインドウの位置決めに関する。
直交周波数分割多重化(OFDM)はアクセス技術であり、このアクセス技術を使用しているのは、IEEE802.11aおよびIEEE802.11gのような無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)並びにディジタル・ビデオ・ブロードキャスティング−地上波(DVB−T)、DVB−ハンドヘルド(DVB−H)、地上ディジタル・マルチメディア・ブロードキャスティング(T−DMB)およびディジタル・オーディオ・ブロードキャスティング(DAB)のようなブロードキャストの種々の規格においてである。直交周波数分割多重化はまた、第3世代パートナシッププロジェクト(3GPP)により公表された通信規格である、汎用移動通信システム−長期エボリューション(UMTS LTE)に選択されたアクセス技術でもある。
OFDMでは、データを幾つかのサブキャリアで並列に送信し、サブキャリアは送信機における逆高速フーリエ変換(IFFT)および受信機における高速フーリエ変換(FFT)の使用により効率的に実装することができる。FFTのサイズがNであれば、その場合FFTの出力におけるN個のサンプルをOFDMシンボル(即ち、周波数領域OFDMシンボル)と呼ぶ。Nの代表的値は64(例えば、WLANで使用する)から8192(例えば、DVB−Tで使用する)に亘り得る。とはいえこの範囲外の値もまた適用可能である。
無線通信では、送信信号と受信信号間に不一致が存在することが多い。この不一致は通常はマルチパスチャネルおよび雑音に起因し得る。信号を送信するマルチパス(複数経路)チャネルは信号に時間分散を招来することが多い。これが持ちうる影響は、種々の時間瞬間に送信するシンボルが受信機においてある程度相互に干渉し合うであろうことである。この現象を一般にシンボル間干渉(ISI)と呼ぶ。OFDMでは、サイクリックプレフィクス(CP)を使用し、少なくとも部分的にISIから生じる負の影響を緩和することができる。
サイクリックプレフィクスを持つ送信OFDM信号例の図を図1に示す。この図に示すのは、IFFTの出力するOFDMシンボル130の最終部120をコピーし、そのコピーをシンボルの丁度前に付加することによりCP110を作成できる方法である。従って送信(時間領域)OFDMシンボルは実OFDMシンボル(即ちOFDMシンボルの有用部)130およびCP110を含む。
受信機側では、FFTによる信号の復調前にCPに対応する受信信号部を廃棄することになろう。信号の廃棄すべき部分およびFFTに入力すべき部分の判断の問題を一般に時間同期と呼ぶ。従って時間同期は、通常は、可能な限り良好な性能を得るために信号をサンプリングする時期を見つける問題と見なされる。本願を通じて、時間同期はFFTウインドウの配置または位置決めと見なされる。図2に、FFTウインドウ210の考えられる配置図を示す。図2にまた示すのは、CP220の開始部230がISIにより悪化していることである。
高い帯域幅効率が望ましい通信システムでは、通信チャネルの推定を有していると有利である。推定は一般に受信機のチャネル推定器において決定される。時間領域でチャネルを推定すれば、通信チャネルの推定はチャネルインパルス応答の推定を含むであろう。周波数領域でチャネルを推定すれば、推定はチャネル伝達関数の推定を含むであろう。広帯域符号分割多元接続(WCDMA)のUMTS規格の場合のように、通信システムが例えば直接拡散(DSSS)に基づく場合、チャネルは通常は時間領域で推定する。他方、システムがOFDMに基づく場合、通常は周波数領域でチャネルを推定するであろう。
チャネル推定は、良好な性能を得るために通信受信機内の最も重大なタスクの1つである。チャネル推定はまた、通常は受信機において多くの計算が集中するタスクの1つでもある。
チャネル推定を可能にする1つの手法は1つまたは複数の既知シンボルを送信し、これらのシンボルをチャネル推定に使用することである。UMTSのコモン・パイロット・チャネル(CPICH)で行うように、既知シンボルを個別に送信することができる。UMTS−LTEのOFDMで行うように、既知シンボルを実データの中で送信することもできる。既知シンボルを一般にパイロットシンボル即ち参照シンボルと呼ぶ。
図3が示すのは、OFDMシステムにおける送信信号の時間−周波数座標内のパイロットシンボル310a乃至310hの分布例である。図3は送信機におけるIFFT処理前のOFDM信号例を示す。対応する時間−周波数座標はFFT処理後の受信機に見られるであろう。図3においては、パイロットシンボル310aおよび310bをOFDMシンボル301で送信し、OFDMシンボル302、303および304はパイロットシンボルを含まず、パイロットシンボル310cおよび310dをOFDMシンボル305で送信することを指摘できる。さらに、パイロットシンボル310aおよび310bはパイロットシンボル310aおよび310bと比較して異なるサブキャリアで送信することも指摘できる。
チャネル推定に既知の方法を使用し、利用可能なパイロットシンボルが存在する位置でチャネルを推定した場合、時間−周波数座標の他の位置でチャネルをまた推定することもできる。この推定を実行する1つの方法は、周波数および時間またはそのいずれか一方における補間による。そのためには、パイロットシンボルの位置におけるチャネル推定の間の補間に使用することができる適切な補間フィルタを見つけることは、チャネル推定処理の設定の重要な部分であろう。
時間補間の場合、時間方向にチャネルが変化する速さに基づきフィルタを選択することができる。このタイプのチャネル変動は一般にチャネルのドップラー拡散と呼ぶ。同様に周波数補間の場合、チャネルの周波数選択性に基づきフィルタを選択することができる。周波数方向におけるこのチャネル変動はチャネルの遅延拡散(delay spread)により生じる。チャネルの遅延拡散とチャネルの選択性間には線形関係が存在する。
例えばパイロットシンボルの位置のチャネル推定値間補間にウィーナフィルタを使用すれば、時間および周波数双方におけるチャネルの相関関数に基づきフィルタパラメータを選択することができる。時間および周波数における相関関数はそれぞれドップラー拡散および遅延拡散から推定することができる。ドップラー拡散および遅延拡散の知識はまたより簡単なチャネル推定手法にも有用であろう。例えば、ドップラー拡散および遅延拡散を使用して、時間および周波数それぞれにおける補間に適するフィルタリング量を決定することができる。
従って重要なことは、ドップラー拡散および遅延拡散の正確な推定をすることである。例えば、チャネル推定および遅延拡散推定により受信機の最適動作、従って良好な復調動作を可能にするために重要なことはISIを回避することである。これを達成するのは、FFTウインドウを位置決めし、受信OFDMシンボルをFFTに供給する場合にISIが存在しないようにすることによる。
このためFFTウインドウの位置決めはOFDM受信機の重要な部分である。
米国特許第6、058、121号はOFDMシステム受信機の優れた高速フーリエ変換ウインドウの位置回復装置を開示する。FFTウインドウの位相誤りは位相変動のゼロクロス数の使用により調整する。
米国特許第6、853、616号はFFTウインドウの位置回復受信機および方法を開示する。パイロット間位相差を検出、平均化および正規化し、正規化値の丸めにより得る値を使用してFFTウインドウ位置のオフセットを制御する。
問題は、例えば時間分散(チャネルの遅延拡散)および雑音によりFFTウインドウの配置が劣る、または誤りうることである。
従って、OFDM受信機におけるFFTウインドウの位置決めの正確、低複雑度および堅牢な方法および装置の必要性がある。このような方法および装置は好ましくはまた性能における犠牲なく使用する低複雑度チャネル推定器を提供すべきである。
強調すべきはこの明細書で使用する場合、用語「含む/含んでいる」は記述する特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を明記すると解釈するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素または以上のグループの存在または追加を排除しないことである。
本発明の目的は、少なくとも幾つかの上記の不利を緩和し、OFDM受信機におけるFFTウインドウの位置決めを改善する方法および装置を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、これを達成するのは直交周波数分割多重化(OFDM)受信機における高速フーリエ変換(FFT)ウインドウの位置決め方法による。本方法が含むのは、受信したOFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルに関するFFTウインドウの位置を判断するステップ、FFTウインドウの位置を使用して受信OFDM信号から第1のOFDMシンボルを取得するステップおよびFFT出力信号を作成するために第1のOFDMシンボルにFFTを適用するステップである。さらに本方法が含むのは、FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定するステップおよびFFT出力信号から判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去して補償済みFFT出力信号を取得するステップである。本方法がまた含むのは、FFT出力信号および補償済みFFT出力信号の少なくとも1つに基づき遅延拡散の推定を計算するステップおよび少なくとも判定された周波数依存位相ローテーション成分および計算された遅延拡散の推定結果に基づきFFTウインドウの位置を調整するステップである。
1つまたは複数の実施形態で、本方法がさらに含みうるのは、FFTウインドウの調整位置を使用して受信OFDM信号から第2のOFDMシンボルを取得するステップおよび第2のOFDMシンボルにFFTを適用するステップである。第2のOFDMシンボルは第1のOFDMシンボルと同じかまたは異なりうる。これが有しうる利点は、より完全に位置決めしたFFTウインドウを使用して第2のOFDMシンボルを取得し、これが次いでISIおよび雑音に対するより良好な堅牢さを提供することができることである。
幾つかの実施形態で、判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去するステップは、第2のOFDMシンボルにFFTを適用するステップの前に実行し、判定された周波数依存位相ローテーション成分に基づき第2のOFDMシンボルのサンプルを再整列するステップを含むことができる。
幾つかの実施形態で、判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去するステップが含むのは、判定された周波数依存位相ローテーション成分に基づき第1のOFDMシンボルのサンプルを再整列するステップおよび第1のOFDMシンボルにFFTを再適用するステップである。
幾つかの実施形態で、判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去するステップは第1のOFDMシンボルにFFTを適用するステップの後に実行し、FFT出力信号のサンプルをローテーション除去するステップを含むことができる。
1つまたは複数の実施形態で、本方法がさらに含みうるのはFFT出力信号および補償済みFFT出力信号の少なくとも1つに基づき、受信OFDM信号を送信したチャネルの伝達関数を判断するステップであり、遅延拡散の推定を計算するステップが含みうるのは、伝達関数の実数成分および虚数成分の少なくとも1つのゼロクロス数を判定するステップおよび判定されたゼロクロス数に基づき遅延拡散の推定を計算するステップである。
本発明の幾つかの実施形態に従いOFDM受信機のチャネル推定器で伝達関数を判断することができる。
幾つかの実施形態で、平均周波数依存位相ローテーション成分のとおりに周波数依存位相ローテーション成分を判定することができる。
本方法がさらに含みうるのは、本発明の幾つかの実施形態に従い、少なくとも計算された遅延拡散の推定結果に基づきFFTウインドウの幅を決定するステップおよび少なくとも計算する遅延拡散の推定結果に基づきFFTウインドウの形を決定するステップまたはそのいずれか一方である。これが有しうる利点は、受信OFDM信号のOFDMシンボルの処理により多くの信号エネルギーを利用し、従って処理性能を改善することができることである。
本発明の第2の態様はコンピュータプログラム製品であり、コンピュータプログラム製品はコンピュータの読むことができる媒体を含み、媒体上にプログラム命令を含むコンピュータプログラムを有し、コンピュータプログラムはデータ処理ユニットにロード可能であり、データ処理ユニットによりコンピュータプログラムを実行する場合、第1の態様による方法をデータ処理ユニットに実行させるようにする。
本発明の第3の態様はOFDM受信機におけるFFTウインドウの位置決め電子装置である。電子装置が含むのは、受信OFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルに関するFFTウインドウの位置を決定し、FFTウインドウの位置を使用して受信OFDM信号から少なくとも1つのOFDMシンボルを取得するFFTウインドウ配置回路、少なくとも1つのOFDMシンボルからFFT出力信号を作成するFFT回路および遅延拡散の推定を計算する少なくとも1つの遅延拡散推定器である。電子装置がさらに含むのは、FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定する回路および判定された周波数依存位相ローテーション成分をFFT出力信号から除去して補償済みFFT出力信号を取得する回路である。少なくとも1つの遅延拡散推定器はさらに、FFT出力信号および補償済みFFT出力信号の少なくとも1つに基づき遅延拡散の推定を計算し、FFTウインドウ配置回路はさらに、少なくとも判定された周波数依存位相ローテーション成分および計算された遅延拡散の推定結果に基づきFFTウインドウの位置を調整する。
第3の態様がさらに有することができるのは、本発明の第1の態様について以上で説明するような種々の特徴の何れかと同じかまたは対応する特徴である。
第3の態様による電子装置は幾つかの実施形態に従い汎用移動通信システム長期エボリューション規格に準拠することができる。
幾つかの実施形態で、電子装置でありうるのは携帯またはハンドヘルド移動無線通信装置、移動無線端末、移動電話機、ペイジャー、コミュニケータ、電子オーガナイザ、スマートフォン、コンピュータ、埋め込み駆動装置、移動ゲームデバイス、時計または基地局である。
本発明の実施形態の利点の1つはFFTウインドウの位置決め方法および装置を提供することである。本発明の実施形態のさらなる利点はこれらの方法並びに装置が正確、堅牢であり、低複雑度を有することである。特に、時間分散および雑音に対する堅牢性並びにFFTウインドウの劣るまたは誤った開始位置に対する堅牢性を達成する。
本発明のさらなる目的、特徴および利点は添付図面を参照する本発明の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図1は送信OFDM信号例を示す図である。 図2はOFDMシンボルのシンボル間干渉およびFFTウインドウ配置例を示す図である。 図3はOFDM信号のパイロットシンボル配置例を示す図である。 図4はFFTウインドウの種々の配置例を示す図である。 図5はFFTウインドウの種々の配置例を示す図である。 図6は本発明の幾つかの実施形態に従うFFTウインドウの位置決め方法を示すフローチャートである。 図7は本発明の幾つかの実施形態に従うFFTウインドウの位置決め方法を示すフローチャートである。 図8は本発明の幾つかの実施形態に従う受信機部を示すブロック図である。 図9は本発明の幾つかの実施形態に従う受信機部を示すブロック図である。 図10は無線リンクを通じて基地局サイトに接続する移動端末の概要前面図であり、移動端末および基地局またはそのいずれか一方は本発明の幾つかの実施形態に従う電子装置を含むことができる。
以下で本発明の幾つかの実施形態を提示することとし、FFTウインドウの位置をOFDM受信機で決定し、調整する。幾つかの実施形態で、FFTウインドウの形および長さまたはそのいずれかもまた調整する。説明を通じて、本発明の実施形態例はUMTS LTEに焦点を当てることにする。とはいえ注記すべきは、これを行うのは説明を簡単化するためであり、決して本発明に対する限定ではないことである。逆に例えばIEEE802.11a、IEEE802.11g、WiMAX(IEEE802.16)、DVB−T、DVB−H、T−DMBおよびDABのようなOFDMに基づくその他の通信規格に等しく本発明の実施形態を適用することができる。
さらにパラメータが特定の英数値を有するOFDMシステムについて本発明の実施形態を説明することになろう。これを行うのは説明を簡単化し、本発明の実施形態の図示を容易にするためであり、決して本発明の範囲を限定することを意図しない。当業者に明らかなのは、本発明の実施形態がパラメータ値の他の選択に等しく適用できることである。
本発明の実施形態を図示するのに選択するパラメータは以下の通りである。サブキャリアの間隔は15kHzであり、利用可能サブキャリア総数は(DCで送信するサブキャリアを除き)1200である。従って総占有帯域幅はおおよそ18MHzになる。サブキャリアは、それぞれが12のサブキャリアを含むリソースブロックに分割される。その上各リソースブロックは構成上7個のOFDMシンボルを含む。サンプリングレートは30.72MHzであり、FFTサイズはN=2048である。
CP(同じOFDMシンボルまたは後続OFDMシンボルの何れかのCP)の一部を含むFFTウインドウの配置はFFT出力に位相ドリフトを生じる。即ち同じOFDMシンボル内のFFT出力の異なるサブキャリアは異なる位相ドリフトを受ける。FFT適用の後のIQ平面における伝達関数を調べる場合、この位相ドリフトはローテーション係数として現れる。注記すべきは、ローテーションが時間方向で見られる周波数オフセットの場合とは対照的に、ローテーションは周波数方向であることである。以下で、位相ドリフトを周波数依存位相ローテーションまたは略して位相ローテーションと呼ぶことにする。
周波数依存位相ローテーションの推定の解決策に伴う問題はローテーションの原因に関して区別がつかないことである。例えば原因は、大きな遅延拡散を伴うチャネルであるか、またはOFDMシンボルの有用部に関してFFTウインドウを早くまたは遅く位置決めしたことでありうる。従って推定した位相ローテーションから得られる情報はFFTウインドウの位置決めには適さず、ローテーションそれ自体の除去にのみ適し得る。
OFDM受信機で、FFTウインドウの配置を、遅延拡散の推定および周波数依存位相ローテーションの推定並びに除去とは分離して処理することができる。しかしながら相当の遅延拡散がある場合、適切な時間同期(FFTウインドウ配置)は取得が特に困難であり、遅延拡散により、および周波数依存位相ローテーションにより、またはそのいずれか一方により、FFTウインドウ配置は劣るか、または不正確でありうる。このためこれらのパラメータの考慮は本発明の実施形態に従うFFTウインドウの位置決めを改善することができる。
本発明の実施形態に従い、OFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルの位相の、サブキャリアに亘る変化の仕方を考慮して、FFTウインドウの配置およびチャネルの遅延拡散を推定する。シンボル帯域幅に亘る周波数依存位相ローテーションを判定し、補償することができる。幾つかの実施形態で、1つまたは複数のOFDMシンボルの平均値として周波数依存位相ローテーションを判定する。
周波数依存位相ローテーションを補償した1つまたは複数のOFDMシンボルの位相変動の考慮により、遅延拡散を例えば推定することができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、周波数依存位相ローテーションおよび遅延拡散の推定を使用して、FFTウインドウの位置を決めることができる。
インパルス応答がどのように見えるかを推定することにより、チャネルの遅延拡散を取得することができる。これは例えばFFT処理に先立つ受信信号の処理を含むことができる。チャネルの遅延拡散とそのチャネルを選択できる程度との間の線形関係の使用により、チャネルの遅延拡散の推定結果を別途取得することができ、これは複雑度のより少ない遅延拡散推定手順になりえよう。
K.ウィトリサール(K. Witrisal)著「周波数領域のレベル交差率からのRMS遅延拡散の推定について」、IEEE通信技術レター、pp.287−289、2001年7月は伝達関数の振幅レベル交差数の評価により、この線形関係を活用した方法を開示する。
米国特許公開第2006/0159203A1号はチャネル伝達関数の実数および虚数部の平均交差数の評価を含む遅延拡散推定の動作を開示する。この手法を一般にゼロクロスアルゴリズムと呼ぶ。
代理人書類整理番号E68740144を有し、本願と同じ日付に出願のタイトル「遅延拡散推定方法および装置」を持つテレフォンアクチーボラゲット エル エム エリクソンの欧州特許出願(公開)において、遅延拡散推定の計算原理例をまた開示している。
チャネルに時間分散がない、即ちチャネルが構成上単一経路を含むことを想定しよう。この場合何らISIを招来することなく、CPの何処においてもFFTウインドウを開始することができる。とはいえISIを回避するのであれば、FFTウインドウを後部に配置することはできない。このため、偶々FFTウインドウの配置が遅すぎ、その結果招来されるISIに対するマージンのため、FFTウインドウの開始は、通常CPの最後のサンプルの数サンプル前に選択できる。
FFTウインドウを数サンプル必要以上に早く配置してもこの状態では何らISIを生じないが、この配置はFFTの出力に周波数依存位相ローテーションを生じる。この位相ローテーションはチャネル推定を不必要に複雑にしうる。チャネル推定がある程度周波数方向の補間に基づけば、これは特に明らかである。さらに位相ローテーションは遅延拡散推定アルゴリズムを混乱させ、その精度を減じうる。それ故、チャネル推定および遅延拡散推定の実行前の位相ローテーション除去は、本発明の幾つかの実施形態によれば有利でありうる。指摘できることは、FFTウインドウ配置は遭遇するチャネルの振幅関数に影響せず、位相にのみ影響することである。
図4は受信OFDM信号400を示し、これはOFDMシンボル403の有用部および対応するサイクリックプレフィクス(CP)405を含む。FFTウインドウ410、420、430、440の幾つかの異なる配置を、受信OFDMシンボル403およびそのサイクリックプレフィクス405に関して図4に示す。
FFTウインドウ配置410はOFDMシンボル403の有用部と完全に同期しており、一方、FFTウインドウ配置420、430および440はOFDMシンボル403の有用部と完全には同期しない。配置430並びに440がシンボル間干渉を導くであろうが、それは、配置430および440が前のOFDMシンボル並びに後続OFDMシンボルのサイクリックプレフィクスにそれぞれ重複するからである。配置420はしかしながらサイクリックプレフィクスのせいで適切である。配置420が幾つかの状態で望ましくさえありうるのは、シンボル間干渉および時間同期誤りのような誤りに対するマージンを配置420が招来するからである。FFT入力を選択するために配置420を使用するのは、しかしながら以上で説明したようにFFT出力の伝達関数における位相ドリフトをもたらすであろう。
チャネルに時間分散があれば、即ちチャネルが異なる伝搬遅延のある幾つかの経路から成り、ISIが生じないようにFFTウインドウを位置決めすれば、必然的に周波数依存位相ローテーションが存在するであろう。
このシナリオを図5に示す。この図では2つの経路を持つ時間分散のあるチャネルを通じてOFDMシンボルを受信する。従ってOFDMシンボルの2つのバージョン510および520を異なる時間に受信する。FFTウインドウをFFTウインドウ配置530に示すように、即ちFFTウインドウが受信バージョンのそれぞれの有用部の長い部分を等しく覆うように配置すれば、その場合位相ローテーションは生じない。とはいえ、FFTウインドウが後続OFDMシンボルのCPの一部を覆うであろうから、ISIが生じる。このためこの状態では、ISIを回避するようにFFTウインドウ配置540を選択することができる。このような配置は、バージョン520に関する配置により周波数依存位相ローテーションが生じることを意味する。
位相ローテーションに関するFFTウインドウの配置の効果をさらに示すために、Hk,nがOFDMシンボルkおよびサブキャリアnのチャネルを表すとし、チャネルを極座標で、即ち振幅と位相として表そう:
k,n=αk,n exp(jφk,n)。
チャネルが単一経路のみから構成される場合、FFTウインドウの開始はISIを招来することなくCPの何処においても可能である。CPのl個のサンプルを含む(かつOFDMシンボルの終わりのl個のサンプルを除外する)ようにFFTウインドウを開始すれば、その場合FFTの出力で経験する実効チャネルは、
k,n=αk,n exp(-j2πnl/N)
であり、ここでαはチャネルの減衰を表す複素定数(complex constant)である。単一経路チャネルの仮定により、減衰は全サブキャリアに対し同一である。従ってパラメータlにより反映されるFFTウインドウの位置に応じて、サブキャリアに亘る位相ローテーションは相当な量でありうる。
例えばCPの100サンプルを使用する、即ちl=100のようにFFTウインドウを配置すると想定しよう。その場合N個のサブキャリアに対する総ローテーションは100回の完全ローテーション(200π)であろう。12個のサブキャリアを持つ1つのリソースブロックのみを考慮すると、リソースブロックの終わりにおけるサブキャリア間の位相ローテーションは11・100・2π/2048▲=▼1.1πであろう。従って位相はリソースブロックに対し180度以上変化するであろう。
この位相ローテーションはFFTウインドウの配置によるので、この位相ローテーションは全OFDMシンボルに対し同一に留まることになり、それ故この位相ローテーションを推定し、例えば種々のサブキャリアを正確にローテーションさせることによりこの位相ローテーションをある程度補償することができる。
注記すべきは、FFTウインドウを遅すぎるように配置すれば、その場合位相ローテーションを補償した後にもシンボル間干渉(ISI)が存在することである。
チャネルが複数経路チャネルである場合、受信信号は実際上送信信号の幾つかのバージョンを構成上含むことになり(図5と比較)、各バージョンには異なる遅延および異なる複雑な減衰がありうる。異なる経路から受信するバージョンは周波数に応じて構築的にも破壊的にも加わるので、チャネルは多かれ少なかれ周波数選択的に見えるであろう。遅延拡散が大きければ(例えば、チャネルインパルス応答持続時間が殆どCPのように長ければ)、チャネルは非常に周波数選択的であろう。遅延拡散が小さければ(例えば、インパルス応答持続時間がほんの数サンプルであれば)、その場合チャネルは使用する帯域幅に亘って比較的平坦に見えるであろう。
説明のため、チャネルが同じ強さの2つのタップのみを構成上含み、Tm秒(これはこの例ではlサンプルに相当する)だけ離れ、いかなるISIも生じることなくFFTウインドウを可能な限り遅く配置する(図5のFFTウインドウ配置540と比較)と想定しよう。その場合チャネルの伝達関数は、
H(f)=1+exp(-j2πfTm)= 2exp(-jπfTm)cos(πfTm)
に等しくなることになり、サンプリング速度Tsおよびサブキャリアn(Tm=lTsで、fn=n/(NTs))により表せば上式は、
H(fn)=2exp(-jπnl/N)cos(πnl/N)
となる。従ってこの例では、チャネルが単一経路チャネルであり、FFTウインドウをCPにl/2サンプル入れ込んで配置したのと同じ周波数依存位相ローテーションが存在するであろう。
このため位相ローテーションは、早く(または遅く)配置されたFFTウインドウおよびチャネルの大きな遅延拡散またはそのいずれか一方により得る。
チャネルインパルス応答およびFFTウインドウ配置が既知であれば、周波数依存位相ローテーションを計算することができる。とはいえ実際には、周波数依存位相ローテーションは推定しなければならないであろう。
幾つかの実施形態で、マルチパスチャネルの種々の経路が持つ重心の推定により平均位相ローテーションを判定することができる。
周波数依存位相ローテーションを推定する原理例はWO2006/111276A1において開示されている。位相ローテーション総量を推定する方法が開示された。
平均周波数依存位相ローテーションに加えてチャネルがマルチパスチャネルであれば、不規則変動が存在しうる。これら不規則変動はサブキャリアに亘り振幅および位相双方の変動を生じうる。このような変動の性質はチャネルの遅延拡散に関連しうる。
以上に記述するように、K.ウィトリサール著「周波数領域のレベル交差率からのRMS遅延拡散の推定について」、IEEE通信技術レター、pp.287−289、2001年7月は伝達関数の振幅レベル交差数を評価し、チャネルの遅延拡散を推定する方法を開示する。この手法がFFTウインドウの配置に関する情報を提供できないのは、この手法が位相変動を考慮しないからである。そうであっても、この手法を本発明の幾つかの実施形態で使用し、チャネルの遅延拡散を推定することができる。従って本発明の幾つかの実施形態で、信号の振幅レベルの変動に基づき遅延拡散の推定を実行する。このアルゴリズムは平均周波数依存位相ローテーションとは独立であるので、周波数依存位相ローテーションの補償前後にこのアルゴリズムを実行することができる。
本発明の幾つかの実施形態で、周波数単位当たりの実軸および虚軸の少なくとも1つの伝達関数の軸交差数の評価により遅延拡散を推定する。この手法の結果は例えばFFTウインドウの位置により生じる周波数依存位相ローテーションによる影響を受ける。このためこの遅延拡散推定アルゴリズムを使用する場合、好ましくは、必須ではないが、位相ローテーションを除去した後に遅延拡散推定を実行することになろう。
本発明の実施形態で、推定した位相ローテーションおよび遅延拡散推定結果を使用してFFTウインドウの位置を調整する。推定した位相ローテーションは現在使用するFFTウインドウの位置に関する情報を与える。遅延拡散推定はISIの回避に有用でありうる情報を与える。
遅延拡散がなければ、以上で説明するように、例えばFFTウインドウがCPの中央で始まりISIに対する最大マージンを許容するようにFFTウインドウを位置づけるのが有利であろう。別の例によれば、図4のFFTウインドウ配置410にしたがってFFTウインドウを配置することができる。本発明のさらなる実施形態では、早ければCPの開始時に、または記述した位置間の何処かにFFTウインドウを配置することができる。
しかしながら遅延拡散があれば、例えば図5のFFTウインドウ配置540に従うか、またはISIを招来するポイントまで、より早くFFTウインドウを配置することができよう(また図2のFFTウインドウ配置210も参照)。
本発明の幾つかの実施形態で、遅延拡散推定をまた使用してFFTウインドウの長さおよび形またはそのいずれかを決定する。例えば遅延拡散がCPの持続時間より小さければ、その場合CPの一部はそれ以前のシンボルにより干渉されないであろう。このような場合、FFTウインドウがOFDMシンボルの全ての有用部を含み、CPの一部がそれ以前のシンボルにより干渉されないポイントまでFFTウインドウを広げることができる。この手法を使用して受信機の性能をさらに高めることができるであろうが、それは、追加シンボルのエネルギーが利用可能になり、後続の処理に使用することができるからである。
FFTウインドウを広げる場合、ウインドウを正確に位置決めすることがさらに一層重要であろう。さらにチャネルの遅延拡散を正確に推定することがさらに重要であろう。
FFTウインドウを広げれば(それはFFTウインドウに追加サンプルが含まれることを意味する)、本発明の幾つかの実施形態により一般に使用する煉瓦壁の形からFFTウインドウプロファイルが離れるようにFFTウインドウを形成することができる。例えば共にIEEE車載技術会議論文集、2006年秋、モントリオール、カナダのM.フォークナー、L.ウイルヘルムソンおよびJ.スベンソン著「OFDMシステムのドップラー性能を改善する低複雑度ICI削除」およびG.ボトムリーおよびL.ウイルヘルムソン著「OFDMシステムにおけるサイクリックプレフィクスの再ローテーション」に煉瓦壁の形の代替を見つけることができる。
本発明の幾つかの実施形態による方法をさらに例示するために、CPの長さが144サンプルであり、Nが2048であると想定しよう。これらの実施形態に従いFFT前の信号に基づくあるアルゴリズムを使用して、最初にFFTウインドウを配置することができる。このようなアルゴリズムは例えばCPとの相関に基づきうる。このような技術は周知であり、J.−J.ファンデビーク他著「複数ユーザOFDMのための時間および周波数同期方式」、通信の選択分野に関するIEEEジャーナル、17巻11号、1999年11月に例を見つけることができる。この例で、煉瓦壁の形のウインドウを使用し、l=10、即ちCPの10サンプルをFFTに供給するようにFFTウインドウを配置すると想定しよう。その場合、受信機は以下に説明するように動作するであろう。
サブキャリアに亘る平均位相ローテーションを判定することができる。例えばこれを達成できるのは、スロットの第1のOFDMシンボルで送信するパイロットシンボルが持つ位相の考慮による。全帯域幅に亘りかなり大きな位相ローテーションが存在しうるので、2つの隣接参照信号間の平均位相ローテーションを考慮することができ、得られた値をNにより乗算することができる。この例で平均位相ローテーションが50・2πである、即ち位相ローテーションが50の完全ローテーションに相当すると想定しよう。
次に平均位相ローテーションをFFTの後に補償することができる。これを達成することができるのは、例えばFFT出力信号の周波数依存位相による乗算による。あるいはFFTの実行前にFFTウインドウの最初の50サンプルをウインドウの終わりにシフトすることにより、平均ローテーションを除去することができる。平均位相ローテーションの補償は後続のOFDMシンボルに適用することができる。あるいはまたはさらに平均位相ローテーションの補償を現OFDMシンボルに適用することができる。例えば後者の場合、現OFDMシンボルでサンプルをシフトし、現OFDMシンボルの処理の継続前にFFTを再適用することができる。
除去する平均位相ローテーションにより、伝達関数の位相変動を判断することができる。これを行うことができるのは、例えば最低周波数のサブキャリアから最高周波数のサブキャリアへの移行時に実軸と虚軸が交差する回数の考慮による。この例で、ゼロクロス率(ZCR)とも呼ぶ単位帯域幅当たりの軸交差数とチャネルの遅延拡散τ間の関係がτ=C・ZCRである、即ち遅延拡散を帯域幅単位当たりの軸交差数に比例するとモデル化することを想定しよう。定数Cは遅延拡散の定義(例えば、二乗平均平方根(rms)遅延拡散、過剰遅延、最大遅延拡散、など)およびまた軸交差の計数に使用する方法にも依存する。幾つかの方法に従い、全軸交差を計数する。その他の方法に従い、実軸または虚軸交差のみを計数する。さらに他の方法に従い、代理人書類整理番号E68740144を有し、本願と同じ日付に出願のタイトル「遅延拡散推定方法および装置」を持つテレフォンアクチーボラゲット エル エム エリクソンの欧州特許出願(公開)において記載するようなヒステリシスを使用する。
説明のため、過剰遅延、即ちチャネルの最初の経路を上回る、そのチャネルの最後の経路の遅延として遅延拡散を定義するとしよう。この過剰遅延は、チャネルのインパルス応答持続時間として解釈できる。この遅延拡散の大きさは、最後の経路が最初の経路に比較して減衰するかに関する情報を含まない。
例において遅延拡散を2.6μsに推定すると想定しよう。サンプリング周波数は30.72MHzであるので、これはおおよそ80サンプルに相当する。一様遅延プロファイルを仮定すると、その場合CPに関する元のFFTウインドウの配置の仕方を推定することができる。80サンプル分の遅延拡散および50サンプルに相当する平均位相ローテーションが与えられているとすれば、これは、推定したFFTウインドウ配置はCP(CPはこの例では厳密に正確に生じる)内に10(50−80/2=10)サンプル入り込むことを意味する。
推定した遅延拡散および推定したFFTウインドウ配置に基づき、FFTウインドウの配置を次いで調整することができる。さらにFFTウインドウの形並びに長さは遅延拡散推定結果に応じて変動しうる。煉瓦壁の形のFFTウインドウが好ましければ、以下の推論を使用して時間同期(即ち、FFTウインドウ配置)を更新することができる。
本例によれば、チャネルは144CPサンプルの内80サンプルに干渉を生じるのみであろう。ISIおよび推定誤りに対し時間同期を出来るだけ堅牢にするために、干渉により悪化しないCPの一部の中央でFFTウインドウが始まるようにFFTウインドウを配置することが出来る。ISIにより影響を受けない144−80=64サンプルが存在するので、FFTウインドウの開始はCP内に32サンプル入り込み得る。このためFFTウインドウはその現在の位置から左へ22サンプル分移動することになろう。
この例からさらに進めて、本発明のさらなる実施形態を次に説明し、その中で周波数依存位相ローテーションおよび推定遅延拡散を使用してFFTウインドウの位置を調整する。
以上で説明するように、FFTウインドウの配置はサブキャリアに亘る位相の変化に影響するであろう。例えばFFT出力で最低から最高までのサブキャリアを考慮すれば、1サンプル分だけFFTウインドウをシフトすると位相の完全ローテーションのシフトを生じうる。本発明の幾つかの実施形態に従い、遅延拡散推定を始める前にサブキャリアに亘る平均位相ローテーションを推定、除去し、遅延拡散推定の性能を高めることができる。
本発明の幾つかの実施形態に従い、FFTウインドウ配置は既知であると仮定する。これらの実施形態で、FFTウインドウ配置による位相ローテーションはFFTウインドウ配置の知識から直接取得でき、推定する必要はない。このようなシナリオの1つの例は、例えばCPとの相関に基づきうるプレFFTアルゴリズムがFFTウインドウを位置決めする場合である。その場合仮定しうるのは、タイミングおよび従って得られる周波数依存位相ローテーションが既知であることであり、位相ローテーションは従って最初に推定する必要なく補償することができる。
本発明の幾つかの実施形態で、IQ平面における(FFT出力信号に基づく)推定伝達関数のローテーション成分の調査により、早い(または遅い)FFTウインドウ配置およびチャネルの遅延拡散により生じる位相ローテーションを推定する。
本発明の他の実施形態で、位相−周波数図における伝達関数の平均傾斜の判断により、早い(または遅い)FFTウインドウ配置およびチャネルの遅延拡散により生じる位相ローテーションを推定する。例えば後続サブキャリア間の位相差を評価、平均化し位相ローテーションを判断することができる。
本発明の幾つかの実施形態で、推定位相ローテーションは平均位相ローテーションである。これらの実施形態で、1つのOFDMシンボルに対し(異なる、即ち周波数方向のサブキャリアに対し)、および幾つかの(即ち、時間方向の)OFDMシンボルに対し、またはそのいずれか対し、平均を取ることができる。
本発明の幾つかの実施形態に従い、FFTウインドウのサンプルをFFTに供給する順序の変更により、位相ローテーションを除去する。例えばFFTウインドウを1サンプル分早く配置すれば(即ち、CPの1サンプルを含み、OFDMシンボル有用部の最後のサンプルを除外すると)、これはN個のサブキャリアに対し完全ローテーション(2π)を生じる。従ってN個のサブキャリアに対する完全ローテーション数(またはサブキャリア当たりの平均位相ローテーション)の推定により、FFTの適用前にシフトしなければならないサンプル数を判断することが出来る。FFTウインドウを早く配置したとすれば、OFDMシンボルの始まりから終わりへ向けてサンプルをシフトする。FFTウインドウを遅く配置したとすれば、OFDMシンボルの終わりから始まりへ向けてサンプルをシフトし、周波数依存位相ローテーションを除去することができる。とはいえ注意すべきは、後者の場合位相ローテーションの除去後もISIおよびキャリア間干渉(ICI、inter-carrier interference)またはそれらのいずれか一方が重大な問題を残すことである。
本発明の他の実施形態に従い、FFTの出力において信号を周波数依存位相に乗ずることにより、即ち信号のローテーション解除により、位相ローテーションを除去する。例えば、nがn番目のサブキャリアを表し、εが上述した位相ローテーションに基づき推定されている場合のexp(j2πnε/N)のような、FFT出力信号に周波数依存位相を乗ずることにより、信号をローテーション解除することができる。位相ローテーションが、全く誤って配置されたFFTウインドウに起因する場合、εはサンプル数でl個分のFFTウインドウオフセットである。
次いで任意の遅延拡散推定アルゴリズムにより、位相ローテーション除去後の信号に基づき遅延拡散を推定することができる。幾つかの実施形態で、例えば実軸および虚軸双方(または実軸および虚軸の1つ)の軸(ゼロ)交差総数を計数し、遅延拡散推定はゼロクロス数に基づく。チャネルの遅延拡散τは例えばτ=C・ZCRとして推定することができ、ここでZCRは周波数単位当たりの交差数で測定するゼロクロス率である。パラメータCは例えばシミュレーションにより推定することができる。
代替実施形態で、位相ローテーション除去前または後の何れかの信号に基づき、遅延拡散を推定することができる。位相ローテーション除去前の信号に基づく遅延拡散推定は、以上で説明するようにチャネルの位相変動に基づかない遅延拡散推定アルゴリズムに基づくことができる。
図6は本発明の幾つかの実施形態に従いFFTウインドウの位置を調整する方法例600を説明するフローチャートである。ステップ610で受信OFDM信号に含むOFDMシンボルに関して、FFTウインドウの初期配置を判定する。本方法は1つまたは複数のOFDMシンボルを使用してFFTウインドウ配置を判定することができる。FFTウインドウ配置を判定する場合、本方法は例えばシンボル間干渉の予測または推定量を考慮することができる。FFTウインドウ配置を判定する場合、本方法はまた以前の遅延拡散推定結果も使用することができる。ステップ610のFFTウインドウの配置はFFT前アルゴリズムにより実行することができる。
FFTウインドウ配置を判定する前に、周波数オフセットを推定し、補償することができる。例えばCPに関する相関により、またはUMTS−LTEのSCHのような同期チャネルの利用により推定を行うことができる。周波数オフセット補償を達成することができるのは、例えばディジタルローテータによるか、またはアナログ領域における電圧制御発振器(VCO)へのフィードバックによる。このような動作はまた当技術でも周知である。
次いでFFTウインドウの初期位置をステップ610で例えばCPとの相関を通じて見つける。このような方法は当技術では周知であり、J.−J.ファンデビーク他著「複数ユーザOFDMのための時間および周波数同期方式」、通信の選択分野に関するIEEEジャーナル、17巻11号、1999年11月に例を見つけることができる。チャネル状態のような種々の状況に応じて、初期位置は良好であるか、または調整を必要としよう。この段階におけるFFTウインドウの配置に関する要件は、FFT後の有用な信号処理を許容するのに配置が十分良好であるべきということであろう。例えば許容しうるISI量に関する要件が存在するであろう。
FFTウインドウ配置をステップ610で判断した場合、本方法はステップ620に継続し、ここで判定されたFFTウインドウ配置をOFDM信号に適用してOFDMシンボルを取得する。このOFDMシンボルは、ステップ610でFFTウインドウ配置を判定するのに使用したのと同じOFDMシンボル(または2つ以上のOFDMシンボルをステップ610で使用したならばステップ610で使用するOFDMシンボルの1つ)でありうるか、またはこのOFDMシンボルは後続のOFDMシンボルでありうる。以上で説明するように周波数依存位相ローテーションを推定したならば、ステップ630の周波数依存位相ローテーション推定結果に基づきFFTウインドウのサンプルを再整列する。周波数依存位相ローテーション推定結果がまだ存在しなければ、ステップ630を単にバイパスする。
ステップ640でOFDMシンボルの(恐らく再整列された)サンプルに高速フーリエ変換(FFT)を適用し、FFT計算の信号出力を使用し、以上で説明するような方法を使用してステップ650で周波数依存位相ローテーションを判定する。幾つかの実施形態で、平均周波数依存位相ローテーションを判定する。判定された周波数依存位相ローテーションをステップ630に入力し、後続OFDMシンボルの処理において、または同じOFDMシンボルのさらなる処理に使用することができる。幾つかの実施形態で、処理はステップ630に戻り、ここで考慮するOFDMシンボルのサンプルを再整列し、次いでステップ640でOFDMシンボルにFFTを再適用し、その後ステップ670でOFDMシンボルの処理を継続する。
ステップ650の周波数依存位相ローテーションの判定は例えばチャネル伝達関数の推定形式のチャネル推定結果に基づきうる。チャネル推定は例えばOFDMシンボルの(存在すれば)パイロットシンボルから計算することができる。このような場合、パイロットシンボルの位置を判定しなければならない。図3の例で、パイロットシンボルはスロットの第1のおよび第5のOFDMシンボルにおいてのみ利用可能である。従ってそのような場合、任意の利用可能なパイロットシンボルが存在するかを知るために、現在処理しているOFDMシンボルを知らなければならない。時間−周波数座標におけるパイロットシンボルの位置に関する知識により、当技術において周知の方法を使用してこれらの位置に対するチャネルを推定することが出来る。幾つかの実施形態で、チャネル推定は、(代替としてまたはさらに)OFDMシンボルの非パイロットシンボルに基づくことができる。
次いでステップ670で、チャネル推定結果を使用してチャネルの遅延拡散を推定し、ステップ680で少なくとも遅延拡散推定および判定された周波数依存位相ローテーションに基づき、FFTウインドウの位置を調整する。オプションのステップ690で、FFTウインドウの長さおよび形またはそのいずれか一方を少なくとも推定する遅延拡散に基づき調整することができる。
次いで本方法はステップ620に戻り、ここで調整するFFTウインドウの位置を使用して新しいOFDMシンボルの処理を開始する。あるいはステップ620に戻る場合、調整されたFFTウインドウの処理を使用して本方法は同じOFDMシンボルを再処理し、そのOFDMシンボルの復調性能を高めることができる。
本発明の幾つかの実施形態に従い、FFTウインドウの位置を調整する方法例700を示すフローチャートである代替解決策を図7に示す。図6のそれぞれステップ610および620と同じように、ステップ710およびステップ720はFFTウインドウ配置を判断し、OFDM信号にFFTウインドウを適用することができる。
次いでステップ740でFFTウインドウのOFDMシンボルが持つサンプルにFFTを適用し、以上で説明するような方法を使用して、FFT計算の出力信号を使用してステップ750で周波数依存位相ローテーションを判定する。ステップ760で、判定された周波数依存位相ローテーションをFFT出力信号から除去する。例えばFFT出力信号はローテーション解除処理を受け、周波数依存位相ローテーションを除去することができる。
次いでステップ770で以上に説明するような方法を使用して、チャネルの遅延拡散を推定する。前に説明したようにローテーション解除FFT出力を使用するか、またはローテーション解除前のFFT出力を使用して、遅延拡散推定を実行することができる。ステップ780で少なくとも遅延拡散推定および判定された周波数依存位相ローテーションに基づき、FFTウインドウの位置を調整する。オプションのステップ790で、FFTウインドウの長さおよび形またはそのいずれか一方を少なくとも推定する遅延拡散に基づき調整することができる。
次いで本方法はステップ720に戻り、ここで調整されたFFTウインドウの位置を使用して新しいOFDMシンボルの処理を開始する。あるいはステップ720に戻る場合、本方法は調整されたFFTウインドウの処理を使用して同じOFDMシンボルを再処理し、そのOFDMシンボルの復調性能を高めることができる。
図6および図7により説明したもののような幾つかの実施形態で、各OFDMシンボルに対し、またはただ幾つかのOFDMシンボル(例えば、パイロットシンボルを含むもの)に対し、周波数依存位相ローテーションの判定を実行することができる。ただ幾つかのOFDMシンボルに対し判定を実行する場合、判定された値は判定が行われていないOFDMシンボルにも使用することができる。同じ原理を遅延拡散推定に適用する。
さらに強調するのは、図6および図7に関して説明した処理全体を単一のOFDMシンボルを使用して実行することができることである。従ってこの場合、FFTウインドウの初期配置、周波数依存位相ローテーションの判定およびFFT適用後の遅延拡散推定の計算に、同じOFDMシンボルを使用する。他の実施形態で、異なるまたは複数のOFDMシンボルを異なる処理段階で使用することができる。
データと組み合わせて送信するパイロットシンボルを使用して遅延拡散を推定した状態について、幾つかの本発明の実施形態を説明した。例えば図3に示すようにパイロットシンボルを配置する場合これは適切な手法であろうが、本発明のこれらの実施形態は決してこの状態に限定しない。パイロットシンボルが利用できなければ、また他の状態でも、位相ローテーションの判定および遅延拡散推定は、時間−周波数座標の他の位置におけるチャネル推定に基づくことができる。さらに利用可能なパイロットシンボルが存在し、パイロットシンボル間の1つまたは複数のサブキャリアに対してもチャネル推定した場合、位相ローテーションの判定および遅延拡散推定の計算にもこれらの追加チャネル推定結果を使用することができる。
図8は本発明の幾つかの実施形態に従うOFDM受信機例800の一部を示すブロック図である。受信機例800は例えば電子装置の一部であり得、図7に提示するような1つまたは複数の方法のステップを実行することができる。
受信機例800で、1本または複数本のアンテナ805により、1つまたは複数のOFDMシンボルを含むOFDM信号を受信し、無線周波数フロントエンド808により処理(例えば、フィルタリング、増幅、ベースバンド信号へ降下混合)し、A/Dコンバータ810によりディジタル信号に変換する。
受信機例で、A/Dコンバータ810はブロック820に接続され、ブロック820はOFDMシンボルに関しFFTウインドウの位置を決定する時間同期ユニットのようなFFTウインドウ配置回路を含む。
FFTウインドウ配置回路820の出力はブロック830に接続され、ブロック830はFFT出力信号を作成するFFT計算ユニットのようなFFT回路を含む。FFT回路830の出力はブロック840に接続され、ブロック840はFFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定する位相ローテーション推定器のような回路を含む。位相ローテーション推定器840はまた周波数依存位相ローテーション成分の判定に使用するチャネル推定を計算することもできる。あるいはチャネル推定ユニット870または遅延拡散推定器860のような別のブロックから、位相ローテーション推定器840はこのようなチャネル推定結果を受信することができる。ブロック840はブロック850に接続され、ブロック850はFFT出力信号から判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去するローテーション解除器のような回路を含む。例えばFFT出力信号のサンプルのローテーション解除により、判定された周波数依存位相ローテーションを除去することができる。
ブロック850はブロック860に接続され、ブロック860は遅延拡散推定器のような遅延拡散推定回路を含む。遅延拡散推定回路860はローテーション解除FFT出力信号に基づき遅延拡散推定を計算する。遅延拡散推定回路860はまた遅延拡散推定の計算に使用するチャネル推定を計算することもできる。あるいはチャネル推定ユニット870または位相ローテーション推定器840のような別のブロックから、遅延拡散推定器860はこのようなチャネル推定結果を受信することができる。遅延拡散推定回路860はまた推定遅延拡散または遅延拡散推定アルゴリズムの他のパラメータをフィルタリングするフィルタ865を含むこともできる。幾つかの実施形態で、フィルタ865はブロック860に接続する個別ブロックとして実装する。
ローテーション解除器850の出力はまたブロック870にも接続され、ブロック870はチャネル推定器のようなチャネル推定ユニットを含む。従ってこの例で、チャネル推定器はローテーション解除FFT出力信号に基づきチャネル推定を計算する。他の例で、チャネル推定器はローテーション解除前のFFT出力信号に基づきチャネル推定を計算することができる。この受信機例で、チャネル推定ユニットはまた遅延拡散推定結果を出力するブロック860にも接続される。少なくとも補償済みFFT出力信号および遅延拡散推定結果に基づき、チャネル推定ユニットはチャネルを推定することができる。他の実施形態で、少なくともFFT出力信号および遅延拡散推定結果に基づき、チャネル推定ユニットはチャネルを推定することができ、判定された周波数依存位相ローテーション成分を考慮することもできる。チャネル推定ユニット870はOFDM信号の時間−周波数座標の幾つかまたは全ての位置のチャネルを推定することができる。特に、チャネル推定ユニット870はパイロット位置のチャネル推定結果を判定し、これらのチャネル推定結果を補間し、非パイロット位置のチャネル推定結果を取得することができる。
チャネル推定ユニット870はブロック880に接続され、ブロック880は等価器を含み、等価器の出力を890で示すようにさらに処理する回路に転送する。
この実施例で、FFTウインドウ配置回路820は、ブロック860から遅延拡散推定結果を、ブロック840から判断する周波数依存位相ローテーション成分を受信し、これらのパラメータを使用してFFTウインドウの位置を調整する。FFTウインドウ配置回路820はまた遅延拡散推定結果および、場合により判定された周波数依存位相ローテーション成分を使用してFFTウインドウの長さおよび形またはそのいずれか一方を調整することもできる。
図9は本発明の幾つかの実施形態に従うOFDM受信機例900の一部を示すブロック図である。受信機例900は例えば電子装置の一部であってよく、図6に提示するように1つまたは複数の方法のステップを実行するようにできる。
受信機例900で、1つまたは複数のOFDMシンボルを含むOFDM信号は、1本または複数本のアンテナ905により受信され、無線周波数フロントエンド908により処理(例えば、フィルタリング、増幅、ベースバンド信号へダウンミックス)され、A/Dコンバータ910によりディジタル信号に変換される。
受信機例で、A/Dコンバータ910はブロック920に接続され、ブロック920はOFDMシンボルに関しFFTウインドウの位置を判定する時間同期ユニットのようなFFTウインドウ配置回路を含む。
FFTウインドウ配置回路920の出力はブロック925に接続され、ブロック925は、周波数依存位相ローテーション推定結果に基づきFFTウインドウ配置回路から出力されるサンプルを再整列する再配列回路を含む。
ブロック925の出力はブロック930に接続sれ、ブロック930はFFT出力信号を作成するFFT計算ユニットのようなFFT回路を含む。FFT回路930の出力はブロック940に接続され、ブロック940はFFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定する位相ローテーション推定器のような回路を含む。位相ローテーション推定器940はまた周波数依存位相ローテーション成分の判定に使用するチャネル推定を計算することもできる。あるいはチャネル推定ユニット970または遅延拡散推定器960のような別のブロックから、位相ローテーション推定器940はこのようなチャネル推定結果を受信することができる。ブロック940の出力はブロック925に接続する。
FFT回路930はまたブロック960に接続し、ブロック960は遅延拡散推定器のような遅延拡散推定回路を含む。遅延拡散推定回路960はFFT出力に基づき遅延拡散推定を計算する。遅延拡散推定回路960はまた遅延拡散推定の計算に使用するチャネル推定を計算することもできる。あるいはチャネル推定ユニット970または位相ローテーション推定器940のような別のブロックから、遅延拡散推定回路960はこのようなチャネル推定結果を受信することができる。遅延拡散推定回路960はまた、推定遅延拡散または遅延拡散推定アルゴリズムの他のパラメータをフィルタリングするフィルタ965を含むこともできる。幾つかの実施形態で、フィルタ965をブロック960に接続する個別ブロックとして実装する。
FFT回路930の出力はまたブロック970にも接続され、ブロック970はチャネル推定器のようなチャネル推定ユニットを含む。この受信機例で、チャネル推定ユニットはまた遅延拡散推定結果を出力するブロック960にも接続される。少なくともFFT出力信号および遅延拡散推定結果に基づき、チャネル推定ユニットはチャネルを推定することができる。チャネル推定ユニットはまた決定した周波数依存位相ローテーション成分を考慮することもできる。チャネル推定ユニット970はOFDM信号の時間周波数座標の幾つかまたは全ての位置のチャネルを推定することができる。特に、チャネル推定ユニット970はパイロット位置のチャネル推定結果を判定し、これらのチャネル推定結果を補間し、非パイロット位置のチャネル推定結果を取得することができる。
チャネル推定ユニット970はブロック980に接続され、ブロック980は等価器を含み、等価器の出力を990で示すようにさらに処理する回路に転送する。
この実施例で、FFTウインドウ配置回路920はブロック960から遅延拡散推定結果を、ブロック940から判定された周波数依存位相ローテーション成分を受信し、これらのパラメータを使用してFFTウインドウの位置を調整する。FFTウインドウ配置回路920はまた遅延拡散推定結果および、場合により判定された周波数依存位相ローテーション成分を使用してFFTウインドウの長さおよび形またはそのいずれか一方を調整することもできる。
図8および図9で、チャネル推定ユニット870、970、位相ローテーション推定器840および遅延拡散推定器860、960を信号処理フローチェーンの一部として描いた。本発明の他の実施形態で、1つまたは複数のこれらのブロックを信号処理フローチェーンに(に適するように種々のブロックに接続し)相並んで実装することができる。
ディジタル信号プロセッサ(DSP)、中央処理ユニット(CPU)、共有プロセッサユニットのようなOFDM受信機に関連するか、または統合する汎用回路により、または例えばアプリケーション専用集積回路(ASIC)のような専用回路により、説明する本発明の実施形態およびその等価物を実行することができる。
本発明の実施形態の何れかに従う回路を有するか、または方法を実行する受信機を含む電子装置内において、本発明を実施することができる。電子装置でありうるのは、例えば携帯またはハンドヘルド移動無線通信装置、移動無線端末、移動電話機、ペイジャー、コミュニケータ、電子オーガナイザ、スマートフォン、コンピュータ、埋め込み駆動装置、移動ゲームデバイス、または(腕)時計である。電子装置はあるいは通信システムの基地局でありうる。
図10は無線リンク1020を通じて基地局サイト1030に接続する移動端末例1010を示す。基地局サイト1030は1本または複数本のアンテナ1035および少なくとも1局の基地局1040を含む。基地局1040および移動端末1010またはそのいずれか一方は、本発明の実施形態に従い遅延拡散推定を計算するようにすることができる。
移動端末1010を概要前面図の移動電話機として示す。この移動端末例1010は装置容器上に搭載するアンテナ1011を含む。あるいは移動端末1010は装置容器内に搭載する内部アンテナを有することができる。移動端末1010は複数本のアンテナさえも含むことができる。移動端末1010がさらに含むのは、ディスプレイ、キーパッド、拡声器およびマイクロフォンであり、これらは共に移動端末1010を動作させるマン−マシーンインタフェースを提供する。
移動端末例1010は無線基地局1040への無線リンク1020を介して移動通信ネットワークに接続される。このため移動端末1010のユーザは、音声呼、データ呼、ビデオ呼およびファックス伝送のような従来の回線交換通信サービスと、電子メッセージングと、VoIPと、インターネットブラウジングと、電子商取引、あるいはそれらの少なくともいずれかなどのようなパケットベースサービスを使用することができる。このため移動端末1010および基地局1040は少なくとも1つの移動通信規格、例えばUMTS LTEに準拠するであろう。あるいはまたはさらに移動端末1010はディジタル・ブロードキャスト・システムに接続し、DVB−HまたはDABのようなディジタルブロードキャストの少なくとも1つの規格に従い信号を受信するようにすることができる。
本発明の幾つかの実施形態に従い、コンピュータプログラム製品は例えばディスケットまたはCD−ROMのようなコンピュータの読むことができる媒体を含む。コンピュータの読むことができる媒体はその上にプログラム命令を含むコンピュータプログラムを蓄積している。コンピュータプログラムはデータ処理ユニットにロード可能でありえ、データ処理ユニットは例えば基地局1040および移動端末1010またはそのいずれかに含むことができる。データ処理ユニットにロードする場合、コンピュータプログラムはデータ処理ユニットに関連するか、またはデータ処理ユニットに統合するメモリに蓄積することができる。データ処理ユニットにロードし、データ処理ユニットにより実行する場合、幾つかの実施形態に従いコンピュータプログラムは例えば図6および図7に示す方法に従う方法のステップをデータ処理ユニットに実行させることができる。
本発明の幾つかの実施形態の1つの利点はFFTウインドウの位置をチャネルの遅延拡散に見合うように調整することができることである。
本発明の幾つかの実施形態の追加の利点はFFTウインドウの位置を推定周波数依存位相ローテーションに基づき調整することができることである。
本発明の実施形態の幾つかのさらなる利点はFFTウインドウの長さをチャネルの推定遅延拡散に基づき調整し、受信信号の処理により多くの信号エネルギーを使用しうるようにすることができることである。
本発明の実施形態の幾つかのさらなる利点はFFTウインドウの形をチャネルの推定遅延拡散に基づき調整することができることである。
本発明の幾つかの実施形態の他の利点は低複雑度実装および堅牢性である。特に、時間分散および雑音並びにFFTウインドウの劣るまたは誤った開始位置に対する堅牢性を達成する。さらに本発明の実施形態は推定誤りに対する堅牢性を提供する。
本発明の幾つかの実施形態のさらなる利点は幾つかの実施形態がFFTウインドウの正確な位置決めを提供することである。
本発明の実施形態の別の利点は実施形態が低複雑度チャネル推定を提供することである。
本明細書では種々の実施形態を参照して本発明を説明した。しかしながら当業者は説明する実施形態に対しなお本発明の範囲内に入るであろう多くの変形を認識するであろう。例えば本明細書に記載する方法の実施形態は一定の順序で実行する方法のステップによる方法例を説明する。しかしながら認識されるのは、これらのイベントシーケンスは本発明の範囲を逸脱することなく別の順序で生じうることである。さらに幾つかの方法のステップはシーケンスに実行するように記述したとしても並列に実行することができる。
同様に注記すべきは、本発明の実施形態の説明における特定のユニットへの機能ブロックの分割は決して本発明への限定ではないことである。逆にこれらの分割は単に例にすぎない。1つのユニットとして本明細書に記載する機能ブロックは2つまたはそれ以上のユニットに分割することができる。同様に2つまたはそれ以上のユニットとして実装するように本明細書に記載する機能ブロックは本発明の範囲を逸脱することなく単一ユニットとして実装することができる。
このため理解すべきは、記述する実施形態の限定は単に説明のためであり、決して制限するものではないことである。代わって添付する特許請求の範囲および特許請求の範囲の全ての妥当な等価物により本発明は制限されると考える。

Claims (19)

  1. 直交周波数分割多重化(OFDM)受信機における高速フーリエ変換(FFT)ウインドウの位置決め方法であって、
    受信OFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルに関する前記FFTウインドウの位置を決定するステップ(610、710)と、
    前記FFTウインドウの前記位置を使用して前記受信OFDM信号から第1のOFDMシンボルを取得するステップ(620、720)と、
    前記第1のOFDMシンボルにFFTを適用してFFT出力信号を作成するステップ(640、740)と
    を含み、
    前記FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定するステップ(650、750)と、
    前記FFT出力信号から前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去して補償済みFFT出力信号を取得するステップ(630、760)と、
    前記FFT出力信号および前記補償済みFFT出力信号の少なくとも1つに基づき遅延拡散推定値を計算するステップ(670、770)と、
    少なくとも前記判定された周波数依存位相ローテーション成分および前記計算された遅延拡散推定結果に基づき前記FFTウインドウの前記位置を調整するステップ(680、780)と
    を有することを特徴とする方法。
  2. 前記FFTウインドウの前記調整された位置を使用して、前記第1のOFDMシンボルと同じか、または異なり得る第2のOFDMシンボルを前記受信OFDM信号から取得するステップ(620、720)と、
    前記第2のOFDMシンボルにFFTを適用するステップ(640、740)と
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記第2のOFDMシンボルに前記FFTを適用する前記ステップの前に前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去する前記ステップ(630)を実行し、該ステップ(630)が前記判定された周波数依存位相ローテーション成分に基づく前記第2のOFDMシンボルのサンプルを再整列するステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去する前記ステップ(630)が、前記判定された周波数依存位相ローテーション成分に基づき前記第1のOFDMシンボルのサンプルを再整列するステップおよび前記第1のOFDMシンボルに前記FFTを再適用するステップを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
  5. 前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去する前記ステップ(760)を、前記第1のOFDMシンボルに前記FFTを適用する前記ステップの後に実行し、前記ステップ(760)が前記FFT出力信号のサンプルをローテーション解除するステップを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
  6. 前記FFT出力信号および前記補償FFT出力信号の少なくとも1つに基づき、前記受信OFDM信号を送信したチャネルの伝達関数を決定するステップをさらに含み、
    遅延拡散推定を計算する前記ステップが、
    前記伝達関数の実数成分および虚数成分の少なくとも1つのゼロクロス数を判定するステップと、
    前記判定されたゼロクロス数に基づき前記遅延拡散推定を計算するステップと
    を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記周波数依存位相ローテーション成分を、平均周波数依存位相ローテーション成分のとおりに判定することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の方法。
  8. 少なくとも前記計算された遅延拡散推定結果に基づき前記FFTウインドウの幅を決定するステップ(690、790)をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の方法。
  9. 少なくとも前記計算された遅延拡散推定結果に基づき前記FFTウインドウの形を決定するステップ(690、790)をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の方法。
  10. コンピュータプログラム記録媒体であって、コンピュータが読み取り可能な媒体を含み、前記媒体上にプログラム命令を含むコンピュータプログラムを有し、前記コンピュータプログラムはデータ処理ユニットにロード可能であり、前記データ処理ユニットにより前記コンピュータプログラムを実行する場合、請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の方法をデータ処理ユニットに実行させるためのコンピュータプログラム記録媒体。
  11. 直交周波数分割多重化(OFDM)受信機における高速フーリエ変換(FFT)ウインドウの位置決めを行う電子装置であって、
    受信OFDM信号の1つまたは複数のOFDMシンボルに関するFFTウインドウの位置を決定し、前記FFTウインドウの前記位置を使用して前記受信OFDM信号から少なくとも1つのOFDMシンボルを取得するFFTウインドウ配置回路(820、920)と、
    前記少なくとも1つのOFDMシンボルからFFT出力信号を作成するFFT回路(830、930)と、
    遅延拡散推定を計算する少なくとも1つの遅延拡散推定器(860、960)と
    を含み、
    前記FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定する回路(840、940)と、
    前記FFT出力信号から前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去して補償FFT出力信号を取得する回路(850、925)と、
    前記FFT出力信号および前記補償FFT出力信号の少なくとも1つに基づき前記少なくとも1つの遅延拡散推定器(860、960)がさらに前記遅延拡散推定を計算し、
    少なくとも前記判定された周波数依存位相ローテーション成分および前記計算された遅延拡散推定結果に基づき、前記FFTウインドウ配置回路(820、920)がさらに前記FFTウインドウの前記位置を調整するを特徴とする電子装置。
  12. 前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去する前記回路(925)が、前記FFTウインドウ配置回路(920)および前記FFT回路(930)に関連し、前記判定された周波数依存位相ローテーション成分に基づき前記少なくとも1つのOFDMシンボルのサンプルを再整列することを特徴とする請求項11に記載の電子装置。
  13. 前記判定された周波数依存位相ローテーション成分を除去する前記回路(850)が、前記FFT出力信号のサンプルをローテーション解除することを特徴とする請求項11に記載の電子装置。
  14. 前記FFT出力信号および前記補償FFT出力信号の少なくとも1つに基づき、前記受信OFDM信号を送信したチャネルの伝達関数を決定する回路(840、860、870、940、960、970)をさらに含み、
    前記少なくとも1つの遅延拡散推定器がさらに、
    前記伝達関数の実数成分および虚数成分の少なくとも1つのゼロクロス数を判定し、
    前記判定されたゼロクロス数に基づき前記遅延拡散推定を計算することを特徴とする請求項11乃至請求項13の何れか一項に記載の電子装置。
  15. 前記FFT出力信号の周波数依存位相ローテーション成分を判定する前記回路(840、940)がさらに、前記周波数依存位相ローテーション成分を平均周波数依存位相ローテーション成分の通りに判定することを特徴とする請求項11乃至請求項14の何れか一項に記載の電子装置。
  16. 前記FFTウインドウ配置回路(820、920)がさらに、
    少なくとも前記計算された遅延拡散推定結果に基づき前記FFTウインドウの幅を決定するすることを特徴とする請求項11乃至請求項15の何れか一項に記載の電子装置。
  17. 前記FFTウインドウ配置回路(820、920)がさらに、
    少なくとも前記計算された遅延拡散推定結果に基づき前記FFTウインドウの形を決定するすることを特徴とする請求項11乃至請求項16の何れか一項に記載の電子装置。
  18. 前記装置が汎用移動通信システム長期エボリューション規格に準拠することを特徴とする請求項11乃至請求項17の何れか一項に記載の電子装置。
  19. 前記電子装置が、携帯またはハンドヘルド移動無線通信装置、移動無線端末、移動電話機(1010)、ペイジャー、コミュニケータ、電子オーガナイザ、スマートフォン、コンピュータ、埋め込み駆動装置、移動ゲームデバイス、時計または基地局(1040)であることを特徴とする請求項11乃至請求項18の何れか一項に記載の電子装置。
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