JP2012060484A - Ofdm送信データチェック方法及びofdm通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】OFDM送信データチェック方法及びOFDM通信装置に関し、短時間で且つ少ない処理量で、使用不可の不適正なサブキャリアが使用されていないかをチェック可能にする。
【解決手段】OFDM通信装置で物理的に送信可能なサブキャリアの帯域のうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数f(n)をメモリから読み出す(1−1)。時間領域のOFDM送信データx(n)に関数f(n)を乗算し(1−2)、該乗算結果を、nの値が−N/2からN/2−1まで積算する(1−3)。該積算結果がゼロ又は所定の値以下かを判定し(1−4)、ゼロ又は所定の値以下のとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていないと判定し(1−5)、そうでないとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていると判定する(1−6)。
【選択図】図1
【解決手段】OFDM通信装置で物理的に送信可能なサブキャリアの帯域のうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数f(n)をメモリから読み出す(1−1)。時間領域のOFDM送信データx(n)に関数f(n)を乗算し(1−2)、該乗算結果を、nの値が−N/2からN/2−1まで積算する(1−3)。該積算結果がゼロ又は所定の値以下かを判定し(1−4)、ゼロ又は所定の値以下のとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていないと判定し(1−5)、そうでないとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていると判定する(1−6)。
【選択図】図1
Description
本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing:直交周波数分割多重)送信データチェック方法及びOFDM通信装置に関する。送信データを複数の直交するサブキャリアで送信するOFDMは、地上デジタル放送や次世代移動通信方式(LTE:Long Term Evolution)等で用いられ、本発明はそれらの通信に適用することができる。
従来のOFDM通信装置の送信処理部の構成例を図9に示す。OFDM通信装置の送信処理部では、符号化部で符号化された送信デジタルデータ列を、送信データ生成部9−1によりQPSK又は16QAM等により変調して送信データを生成する。次に、この変調後の送信データを、サブキャリアマッピング部9−2により、周波数領域で選択した使用可能なサブキャリアにマッピングする。
次に、送信データがマッピングされたサブキャリアに対して、IFFT処理部9−3によりIFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)処理を行い、周波数領域から時間領域の信号への変換を行う。時間領域へ変換された送信データに対して、CP挿入部9−4によりサイクリックプレフィックスを挿入した後、無線部に出力する。無線部では該送信データを無線周波数帯域に変換して送信する。
ここで、サブキャリアマッピング部9−2で、サブキャリアに送信データをマッピングする際、通信装置が物理的に送信可能なN個のサブキャリア全てが使用可能であるとは限らず、送信可能な帯域の中央部分のM個のサブキャリアだけが使用可能なサブキャリアとして規格化されている場合がある。
例えば、送信可能な2048個のサブキャリアの帯域のうち、中央部分の帯域の1200個のサブキャリアが使用可能で、それ以外のサブキャリアは使用不可という制限が設けられる場合がある。このような制限は、種々の通信方式や通信システムなどに対して規定され、この規定に違反すると、他の通信システムやユーザーの通信装置の使用周波数帯に干渉障害を与えるなど、重大な通信障害を与える可能性がある。
使用するサブキャリアの制限は、通信システム上順守すべき重要な制限であるが、通信装置のハードウェアは、使用可能なサブキャリアの帯域外のサブキャリアでも送信可能なように設計されることが多い。これは、通信装置に回路設計の容易性や柔軟性を持たせるためであり、例えば、IFFT処理部を他の装置から流用したり、或いはIFFTとFFTとで同一の処理部を共有したりする場合がある。このような場合は、ファームウェアにより、使用可能な帯域を判断して使用サブキャリアを決定するパラメータを設定するなどの構成が採用される。
LTEシステム及びIMT−Aシステムが共存する場合のサブキャリアの配置に関して例えば下記の特許文献1等に記載されている。また、帯域内と帯域端のキャリアの多値数を変えてサブキャリアを配置する方法に関して下記の特許文献2等に記載されている。
ファームウェアにより使用サブキャリアを決定するパラメータを設定する場合、ファームウェアが正常に動作していれば、使用可能なサブキャリアを定めた規格に適合しない不適正なサブキャリアが使用されることはない。しかし、ファームウェアがバグ等により誤った設定をした場合、ハードウェアは誤った設定のまま動作し、不適正なサブキャリアを使用する送信データを出力してしまう可能性がある。
これを防ぐために、使用サブキャリアのパラメータをチェックする処理をファームウェアに具備させる方法がある。しかし、この方法では、チェックするファームウェア自体にバグが発生すればチェックが正常に行われなくなり、不適正なサブキャリアの送信を防ぐことはできなくなる。不適正なサブキャリアを使用する送信は許されないので、ファームウェアのチェックだけでなく、ハードウェアでも送信データをチェックして不適正サブキャリア使用を防止する対策を施すことが望ましい。
送信データに不適正なサブキャリアが使用されていないかをチェックするには、送信データの時間領域信号に対して高速フーリエ変換(FFT)を行い、再び周波数領域信号に戻し、該周波数領域信号をチェックする方法が考えられる。しかし、この方法では、IFFT/FFT処理を二重に行うことになり、非常に処理負荷が大きくなり、処理量及び処理時間の点から実現化は困難である。短時間で且つ少ない処理量で、不適正なサブキャリアが使用されていないかをチェックすることが望まれている。
上記課題を解決する一形態としてのOFDM送信データチェック方法は、物理的に送信可能なサブキャリアのうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数を記憶したメモリから、該関数を読み出す第1のステップと、前記関数を、時間領域のOFDM送信データに乗算し、該乗算した結果を積算する第2のステップと、前記積算の結果がゼロ又は所定の値以上のとき、前記使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアが前記OFDM送信データに含まれていると判定する第3のステップと、を含むものである。
また、他の形態としてのOFDM通信装置は、物理的に送信可能なサブキャリアのうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数を記憶したメモリと、前記メモリに記憶した関数を、時間領域のOFDM送信データに乗算し、該乗算した結果を積算する演算部と、前記演算部の演算結果がゼロ又は所定の値以上のとき、前記使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアが前記OFDM送信データに含まれていると判定する判定部と、を備えたものである。
時間領域のOFDM送信データシンボルと、使用不可のキャリア成分を算出するための時間領域の関数とを用いた簡単な演算を行うだけで、使用不可のキャリア成分の有無をチェックすることが可能となる。
試験段階の装置は動作が保証されておらず、想定外の動作をする可能性がある。しかし、試験であっても使用不可の周波数帯域の送信データを送信することは許されない。このような場合に、開示の送信データチェック方法を適用することにより、確実に使用不可のサブキャリアの送信を防ぐことができ、試験の安全性を高めることができる。
このOFDM送信データチェック方法の基本的な動作原理は、送信データに含まれる使用不可のサブキャリアをひとまとめにしてその有無をチェックするというものである。使用不可のサブキャリアの有無のチェックにおいて、全サブキャリアの成分情報を算出する必要はなく、使用不可のサブキャリアの成分のみを算出するシンプルな演算を行うことにより、使用不可のサブキャリアの有無をチェックする。
ここで、OFDM通信装置で物理的に送信可能な全サブキャリア数をN、適正なサブキャリアとして使用可能なサブキャリア数をMとする。また、送信データの時間領域信号をx(n)、その周波数領域信号をX(k)とし、nを時系列番号、kをサブキャリア番号とする。
ここで、全サブキャリア数Nの帯域の中心部分のM個のサブキャリアが使用可であり、それ以外の帯域のサブキャリアが使用不可であるとする。この場合、中心部分のM個(k=−M/2〜M/2−1)以外のサブキャリア(k=−N/2〜−M/2−1,M/2〜N/2−1)の成分は、本来、ゼロとなり、それらの成分を全て足し合わせてもゼロとなるはずである。この中心部分のM個以外のサブキャリアの成分の加算式は、(2)式により表され、該加算値はゼロとなるはずである。
不適正なサブキャリアが使用された場合、(5)式の左辺の計算結果はゼロにならないため、(5)式の左辺の計算結果から不適正サブキャリアの使用を確認することができる。関数f(n)は、M,Nの値を既定値として予め計算してメモリに保持しておけば良い。(5)式の左辺の演算回数は、N回の複素乗算とN−1回の複素加算になり、FFTの演算を行うのに比べて、はるかに少ない演算処理となる。なお、FFTの演算の場合、N×logN回の複素乗算が必要となる。
これらの処理フローを図1に示す。FDM通信装置で物理的に送信可能なサブキャリアの帯域のうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数f(n)のデータをメモリから読み出す(ステップ1−1)。そして、時間領域のOFDM送信データx(n)に上述の関数f(n)を乗算し(ステップ1−2)、該乗算結果を、nの値が−N/2からN/2−1となるまで積算する(ステップ1−3)。
前述の積算結果がゼロ又は所定の値以下かを判定し(ステップ1−4)、ゼロ又は所定の値以下のとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていないと判定する(ステップ1−5)。前述の積算結果がゼロでない又は所定の値以上のとき、使用不可の帯域の不適正なサブキャリアが送信データに含まれていると判定する(ステップ1−6)。
以上が基本的な動作原理であるが、上述の(5)式の左辺の演算における演算処理量は、FFTの演算に比べればはるかに少ないが、演算処理量は可能な限り少ないのが望ましい。そこで更に演算処理量を少なくする実施例について以下に説明する。
〔LTEのダウンリンクで帯域20MHzを使用して送信する実施例〕
LTE基地局装置に適用した実施例について以下に説明する。図2にLTE基地局装置の構成例を示す。図2において、2−10はLTE基地局装置、2−1は受信アンテナ、2−2は無線部、2−3は受信処理部、2−4は復号部、2−5は符号化部、2−6は送信処理部、2−7は送信アンテナ、2−8は上位レイヤ部、2−20は移動局である。
LTE基地局装置に適用した実施例について以下に説明する。図2にLTE基地局装置の構成例を示す。図2において、2−10はLTE基地局装置、2−1は受信アンテナ、2−2は無線部、2−3は受信処理部、2−4は復号部、2−5は符号化部、2−6は送信処理部、2−7は送信アンテナ、2−8は上位レイヤ部、2−20は移動局である。
受信処理部2−3、復号部2−4、符号化部2−5及び送信処理部2−6は、ベースバンド処理部を構成する。送信処理部2−6は、符号化部2−5で符号化された送信データを、使用可能な帯域のサブキャリアにマッピングして無線部2−2に出力する。無線部2−2は該送信データを無線周波数帯域に変換して送信アンテナ2−7から送信する。
図3にLTEのダウンリンクで帯域20MHzを使用して送信データを送信する場合のサブキャリアを示す。LTEのダウンリンクで帯域20MHzを使用して送信データを送信する場合、全サブキャリア数Nは2048(サブキャリア番号k=−1024〜1023)である。
また、使用可能なサブキャリア数Mは1200(サブキャリア番号k=−600〜600)である。ただし、中心のサブキャリア(サブキャリア番号k=0)は使用しないので、使用可能なサブキャリア番号は、k=−600〜−1及び1〜600であり、それ以外のk=−1024〜−601、0及び601〜1023は、使用不可のサブキャリア番号である。図2において、使用不可の帯域のサブキャリアには斜線を施して示している。
データ送信に使用不可のサブキャリア(k=0は除く)の有無をチェックするために、送信処理部2−6において前述の(5)式の左辺の演算を行う。(5)式における関数f(n)は、この実施例では(6)式のとおりとなる。
ここで、(6)式の右辺の第2項におけるkの範囲を601〜1024として第1項と第2項をまとめる。なお、k=1024とk=−1024の成分は同値となるので、同じサブキャリアを2回チェックすることになるが、ここでは不適正なサブキャリアの有無をチェックするだけなので、2回チェックしても問題は生じない。こうすることにより、(6)式の関数f(n)は(7)式のように表される。
(7)式で表した関数f(n)は、虚数成分が消え、実数成分のみとなる。従って、(7)式の関数f(n)を用いた場合、(5)式の演算で複素乗算をする必要が無くなり、演算処理量が半分以下となる。なお、(7)式をN,Mを用いて表すと、(8)式のように表される。
図4に基地局装置おける送信処理部の構成例を示す。基地局装置のベースバンド処理部内の送信処理部2−6において、OFDM送信データの最終出力部の直前に送信データチェック部4−1を設ける。該送信データチェック部4−1で、無線部2−2へ送出されるOFDM送信データに、不適正なサブキャリアが使用されていないかをチェックする。なお、送信データ生成部9−1、サブキャリアマッピング部9−2、IFFT処理部9−3、CP挿入部9−4は、図9で説明した構成要素と同様のものである。
送信データチェック部4−1は、送信データに使用不可のサブキャリアが使用されていないかをチェックし、上述の(8)式の関数f(n)を用いて(5)式の左辺の演算を行い、演算結果がゼロ又は所定の閾値以下の十分小さな値であるか否かを判定する。該演算結果がゼロでない又は所定の閾値以上の値の場合は、不適正なサブキャリアが使用されていると判定し、当該送信データの出力を停止するよう、無線部2−2又は装置の制御部に通知する。
図5に送信データチェック部4−1の構成例を示す。この構成例では、サイクリックプレフィックス(CP)を除いたOFDM送信データI,Qの各サンプルx(n)に、(8)式で表される関数f(n)を乗算部5−1で乗算し、該乗算結果をnの値が−N/2からN/2−1となるまで積算部5−2で積算する。
(8)式で表される関数f(n)の値は、予め計算してメモリ5−3に格納しておき、OFDM送信データI,Qの各サンプルx(n)の時系列番号nに応じた値を、読み出し制御部5−4により読み出す。
判定部5−5は、積算部5−2で積算した結果がゼロ又は所定の閾値以下の十分ゼロに近い値であれば、「不適正サブキャリア無し」と判定し、積算した結果がゼロでない又は所定の閾値以上であれば、「不適正サブキャリア有り」と判定する。「不適正サブキャリア有り」と判定した場合は、当該送信データの送信を停止するよう、無線部2−2又は装置の制御部に通知する。
なお、図5の構成例では、OFDM送信データI,Qの各サンプルx(n)と関数f(n)との乗算の振幅値を積算する構成例を示したが、該振幅値を2乗して電力値として加算する構成とすることもできる。
〔LTEのアップリンクで帯域20MHzを使用して送信する実施例〕
LTE移動局装置に適用した実施例について以下に説明する。図6にLTE移動局装置の構成例を示す。図6において、6−10はLTE移動局装置、6−1は受信アンテナ、6−2は無線部、6−3は受信処理部、6−4は復号部、6−5は符号化部、6−6は送信処理部、6−7は送信アンテナ、6−8は上位レイヤ部、6−20は基地局である。
LTE移動局装置に適用した実施例について以下に説明する。図6にLTE移動局装置の構成例を示す。図6において、6−10はLTE移動局装置、6−1は受信アンテナ、6−2は無線部、6−3は受信処理部、6−4は復号部、6−5は符号化部、6−6は送信処理部、6−7は送信アンテナ、6−8は上位レイヤ部、6−20は基地局である。
受信処理部6−3、復号部6−4、符号化部6−5及び送信処理部6−6は、ベースバンド処理部を構成する。送信処理部6−6は、符号化部6−5で符号化された送信データを、使用可能な帯域のサブキャリアにマッピングして無線部6−2に出力する。無線部6−2は該送信データを無線周波数帯域に変換して送信アンテナ6−7から送信する。
LTEのアップリンクは、DFT−S OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM)方式を採用し、ダウンリンクとは送信データの生成方法が異なるが、OFDM方式であることには変わりはないので、開示の送信データチェック方法を適用することができる。
図7にLTEのアップリンクで帯域20MHzを使用して送信データを送信する場合のサブキャリアを示す。LTEのアップリンクで帯域20MHzを使用して送信データを送信する場合、全サブキャリア数Nは2048(サブキャリア番号k=−1024〜1023)である。
また、使用可能なサブキャリア数Mは1200で、使用可能なサブキャリアは、k=−600〜599であり、それ以外のk=−1024〜−601、600〜1023のサブキャリアは使用不可である(図7(a)参照)。しかし、LTEのアップリンクでは、送信直前に1/2サブキャリアシフト処理を行い、使用周波数帯域を1/2サブキャリア分だけ高帯域側にシフトするので、実際に送信されるサブキャリアはk=−599.5〜599.5になる(図7(b)参照)。
送信データに使用不可のサブキャリアが有るか無いかをチェックするために、送信処理部6−6で、上述の(4)式の演算を実施する。ここで、使用するサブキャリアの番号は、k=−599.5〜599.5であるので、使用不可のサブキャリアの番号は、k=−1024〜−600、600〜1023となる。従って(5)式のf(n)は以下の(9)式のとおりとなる。
送信処理部6−6は、(11)式の関数f(n)を用いて(5)式の演算を行い、該演算の結果がゼロ又は所定の閾値以下の十分小さい値であるか否かを判定し、ゼロでない又は所定の閾値以上の場合、使用不可の不適正サブキャリアが含まれていると判定する。
移動局装置における送信処理部の構成例を図8に示す。該送信処理部では、符号化部で符号化された送信デジタルデータ列を、送信データ生成部8−1によりQPSK又は16QAM等により変調して送信データを生成する。物理アップリンク制御チャネル(PUCCH:Physical Uplink Control Channel)で送信するレファレンス信号(SRS:Sounding Reference Signal ,DRS:Demodulation Reference Signal)等の送信データは、サブキャリアマッピング部8−3に出力する。物理アップリンク共有チャネル(PUSCH:Physical Uplink Shared Channel)で送信する送信データは、離散フーリエ変換(DFT)処理部8−2に出力する。
サブキャリアマッピング部8−3は、送信データ生成部8−1及び離散フーリエ変換(DFT)処理部8−2から入力される送信データを、周波数領域の使用可能なサブキャリアにマッピングする。次に、送信データがマッピングされたサブキャリアに対して、IFFT処理部8−4によりIFFT(逆高速フーリエ変換)処理を行い、周波数領域から時間領域の信号への変換を行う。
時間領域へ変換された送信データに対して、CP挿入部8−5によりサイクリックプレフィックスを挿入した後、1/2サブキャリアシフト部8−6により、使用周波数帯域を1/2サブキャリア分だけ高帯域側にシフトし、無線部6−2に出力する。無線部6−2では該送信データを無線周波数帯域に変換して送信する。
この構成例でも実施例1同様に、移動局装置のベースバンド処理部内の送信処理部6−6において、OFDM送信データの最終出力部の直前に送信データチェック部8−7を設ける。送信データチェック部8−7で送信データに不適正なサブキャリアが使用されていないかをチェックし、不適正なサブキャリアが使用されていれば、当該送信データの出力を停止するよう無線部6−2又は装置の制御部に通知する。
送信データチェック部8−7の構成は、図5と同様とすることができる。関数f(n)データ格納メモリ5−3には、(11)式で表される関数f(n)のデータを予め計算して格納しておく。このように、OFDM送信データシンボルに簡単な演算を行うだけで、使用不可の周波数帯域のサブキャリアの使用をチェックすることが可能となる。
2−1 受信アンテナ
2−2 無線部
2−3 受信処理部
2−4 復号部
2−5 符号化部
2−6 送信処理部
2−7 送信アンテナ
2−8 上位レイヤ部
2−10 LTE基地局装置
2−20 移動局
4−1 送信データチェック部
5−1 乗算部
5−2 積算部
5−5 判定部
5−3 メモリ
5−4 読み出し制御部
6−1 受信アンテナ
6−2 無線部
6−3 受信処理部
6−4 復号部
6−5 符号化部
6−6 送信処理部
6−7 送信アンテナ
6−8 上位レイヤ部
6−10 LTE移動局装置
6−20 基地局
8−1 送信データ生成部
8−2 離散フーリエ変換(DFT)処理部
8−3 サブキャリアマッピング部
8−4 IFFT処理部
8−5 CP挿入部
8−6 1/2サブキャリアシフト部
8−7 送信データチェック部
9−1 送信データ生成部
9−2 サブキャリアマッピング部
9−3 IFFT処理部
9−4 CP挿入部
2−2 無線部
2−3 受信処理部
2−4 復号部
2−5 符号化部
2−6 送信処理部
2−7 送信アンテナ
2−8 上位レイヤ部
2−10 LTE基地局装置
2−20 移動局
4−1 送信データチェック部
5−1 乗算部
5−2 積算部
5−5 判定部
5−3 メモリ
5−4 読み出し制御部
6−1 受信アンテナ
6−2 無線部
6−3 受信処理部
6−4 復号部
6−5 符号化部
6−6 送信処理部
6−7 送信アンテナ
6−8 上位レイヤ部
6−10 LTE移動局装置
6−20 基地局
8−1 送信データ生成部
8−2 離散フーリエ変換(DFT)処理部
8−3 サブキャリアマッピング部
8−4 IFFT処理部
8−5 CP挿入部
8−6 1/2サブキャリアシフト部
8−7 送信データチェック部
9−1 送信データ生成部
9−2 サブキャリアマッピング部
9−3 IFFT処理部
9−4 CP挿入部
Claims (4)
- 送信データを複数の直交するサブキャリアに乗せて送信するOFDM通信装置の送信データをチェックするチェック方法であって、
物理的に送信可能なサブキャリアのうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数を記憶したメモリから、該関数を読み出す第1のステップと、
前記関数を、時間領域のOFDM送信データに乗算し、該乗算した結果を積算する第2のステップと、
前記積算の結果がゼロでない又は所定の値以上のとき、前記使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアが前記OFDM送信データに含まれていると判定する第3のステップと、
を含むことを特徴とするOFDM送信データチェック方法。 - 送信データを複数の直交するサブキャリアに乗せて送信するOFDM通信装置の送信データをチェックするチェック方法であって、
物理的に送信可能なN個のサブキャリアのうち、使用可能な中央部分のM個のサブキャリア以外のサブキャリアの成分を算出するための以下の(1)式の関数f(n)を記憶したメモリから、該関数f(n)を読み出す第1のステップと、
前記関数f(n)と、時間領域のOFDM送信データx(n)に、以下の(2)式の演算を行う第2のステップと、
前記演算の結果がゼロでない又は所定の値以上のとき、前記使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアが前記OFDM送信データに含まれていると判定する第3のステップと、
を含むことを特徴とするOFDM送信データチェック方法。
- 送信データを複数の直交するサブキャリアに乗せて送信するFDM通信装置において、
物理的に送信可能なサブキャリアのうち、使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアの成分を算出するための時間領域の関数を記憶したメモリと、
前記メモリに記憶した関数を、時間領域のOFDM送信データに乗算し、該乗算した結果を積算する演算部と、
前記演算部の演算結果がゼロでない又は所定の値以上のとき、前記使用可能な中央部分の帯域以外のサブキャリアが前記OFDM送信データに含まれていると判定する判定部と、
を備えたことを特徴とするOFDM通信装置。
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