JP2015046796A - 残留周波数誤差推定方法、及び残留周波数誤差推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャリア通信の一部のパイロットサブキャリアのみを用いて残留周波数誤差の推定および補正を行い、かつ、任意のサブキャリア位置にパイロットサブキャリアを配置可能とする。【解決手段】残留周波数誤差推定装置３のクロック周波数誤差推定部３０１は、パイロットサブキャリア抽出部３００が抽出した受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した位相から得られるクロック周波数誤差の補正値を用いてクロック周波数誤差を更新する。中心周波数誤差推定部３０２は、クロック周波数誤差の補正値に基づいて中心周波数誤差を更新し、残留周波数誤差補正部３０３は、更新された中心周波数誤差及びクロック周波数誤差を用いて受信信号の残留周波数誤差を補正する。【選択図】図５

Description

本発明は、残留周波数誤差推定方法、及び残留周波数誤差推定装置に関する。

５ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格がある。このシステムは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）のスループットを実現している（例えば、非特許文献１参照）。

更に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、複数のアンテナを用いて同一時刻及び同一周波数チャネルを用いて空間多重を実現することが可能なＭＩＭＯ（Multiple input multiple output）技術や、これまで個別に用いられていた２０ＭＨｚ（メガヘルツ）の周波数チャネルを２つ同時に利用して４０ＭＨｚの周波数チャネルを利用する技術により高速通信の実現を目指し、最大６００Ｍｂｐｓの伝送速度を実現することが可能である（例えば、非特許文献１）。

また、現在の無線通信システムでは、複数の無線局のデータを異なるサブキャリアに割当てて伝送を行うことで、効率的な通信を実現するＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）の検討も行われている（例えば、非特許文献２参照）。

上記に示すようなＯＦＤＭ変調方式を用いたシステムにおける主たる欠点のひとつに周波数同期誤差に影響されやすい点がある。周波数同期誤差は、無線局それぞれの中心周波数誤差およびクロック周波数誤差で発生する。前記の誤差が存在する場合、サブキャリアの直交性が失われ、サブキャリア間の干渉が増加して正しく復号することができなくなり、結果的にスループットが劣化する。この問題を解決するために、送信信号に埋め込まれた既知のトレーニング情報（プリアンブルなど）を用いて無線局間の周波数誤差を推定する方法がある（例えば、非特許文献３参照）。

しかしながら、無線局間のノイズやアナログ減衰成分が推定アルゴリズムに影響するため、推定した周波数誤差は実際の周波数誤差に一致しない。したがって、推定した周波数誤差と実際の周波数誤差の差分として定義される中心周波数誤差とクロック周波数誤差を含む残留周波数誤差が存在する。この残留周波数誤差は、パイロットサブキャリアを用いて、連続したシンボル間の位相差を用いて周波数誤差を推定することで、残留周波数誤差の推定ができる（例えば、非特許文献４参照）。

次に、従来技術による具体的な残留周波数誤差推定方法について説明を行う。
図９は、従来の残留周波数誤差推定装置９のブロック構成図であり、パイロットサブキャリア抽出部９００、中心周波数誤差推定部９０１、クロック周波数誤差推定部９０２、及び残留周波数誤差補正部９０３を備えて構成される。

図１０は、残留周波数誤差推定装置９への入力信号を示す図である。同図に示すように、入力信号は、ＯＦＤＭ変調方式の信号であり、ＯＦＤＭシンボル数が小さいＯＦＤＭシンボルから順に入力される。ＯＦＤＭ信号において、ブロックＢ１は、１つのＯＦＤＭシンボルの受信データ信号であり、ブロックＢ２は、１つのＯＦＤＭシンボルの受信パイロットサブキャリア信号である。同図における受信パイロットサブキャリア信号はｘ（ｋ_ｍ，ｎ）と表される。サブキャリア番号ｋ_ｍは、ｋ_−Ｍ，…，ｋ_−１，ｋ_１，…，ｋ_Ｍの合計２Ｍ個であり、下付きの文字ｍの絶対値が同様の場合は、サブキャリアの周波数の絶対値も同様となる。また、ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、ＯＦＤＭシンボル数である。

パイロットサブキャリア抽出部９００は、入力信号が入力されると、この入力信号から予め指定されたサブキャリア（ブロックＢ２）に配置されるパイロットサブキャリアの信号の抽出を行い、中心周波数誤差推定部９０１とクロック周波数誤差推定部９０２に受信パイロットサブキャリア信号として出力する。中心周波数誤差推定部９０１は、入力された受信パイロットサブキャリア信号と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とを用い、以下の数式（１）、及び数式（２）により、ＯＦＤＭシンボル数ｎについての中心周波数誤差θ_ｎの推定を行い、残留周波数誤差補正部９０３に推定結果の出力を行う。

ここで、ｐ（ｋ_ｍ，ｎ’）は、ｎ’番目（ｎ’はｎ−ａ＋１からｎまで）のＯＦＤＭシンボルのｋ_ｍ番目の送信パイロットサブキャリア信号であり、予め決定されている既知の信号である。ｓｇｎ（）は、Ｓｇｎ関数であり、ｐ（ｋ_ｍ，ｎ’）が正の時は１となり、負の時は−１となる。ａは、時間平均に用いるシンボル数である。

クロック周波数誤差推定部９０２は、入力された受信パイロットサブキャリア信号と、送信パイロットサブキャリア信号とを用い、以下の数式（３）−（６）により、ＯＦＤＭシンボル数ｎについてのクロック周波数誤差ω_ｎの推定を行い、残留周波数誤差補正部９０３に推定結果の出力を行う。

ここで、ｘ’（ｋ_ｍ，ｎ）は、ｘ（ｋ_ｍ，ｎ）に仮補正を行った場合の信号である。なお、ω_−１は、０である。
残留周波数誤差補正部９０３は、入力された推定結果の中心周波数誤差θ_ｎおよび推定結果のクロック周波数誤差ω_ｎを用い、以下の数式（７）により残留周波数誤差の補正を行い、補正後の受信データ信号を出力する。

ここで、ｒ（ｋ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目のサブキャリアの受信データ信号であり、ｒ’（ｋ，ｎ）は、残留周波数誤差補正後のｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目のサブキャリアの受信データ信号である。
以上が従来の残留周波数誤差推定の方法である。

守倉正博、久保田周治，「改訂三版８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書」，インプレスＲ＆Ｄ，２００８年３月２７日 服部武，「ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ教科書」，インプレスＲ＆Ｄ，２００８年９月２１日 Nobuaki Mochizuki, "A high performance frequency and timing synchronization technique for OFDM", Global Telecommunications Conference, vol.6, pp.3443-3448, 1998． Young-Hwan you Sampling, "Pilot-assisted fine frequency synchronization for OFDM-based DVB receivers", IEEE transaction on Broadcasting, pp.674-678, Sept. 2009.

背景技術において記載した残留周波数誤差推定方法は、中心周波数に対して対となるように固定配置されたパイロットサブキャリアを用いることを想定した推定方法となっている。中心周波数から対称となる周波数帯域を用いるシステムであれば、無線局での受信信号には、全ての対となるパイロットサブキャリアが含まれているために、従来技術によって残留周波数誤差の推定を行うことができる。しかしながら、複数の無線局に異なるサブキャリアの集合体であるサブチャネルを割り当てて複数の無線局と同時に送受信を行うＯＦＤＭＡシステムの場合、各無線局で受信可能なパイロットサブキャリアは一部しかなく、かつ、対とならない場合も存在するため、従来技術を用いた残留周波数誤差推定を行うことができない。

上記事情に鑑み、本発明は、マルチキャリア通信を行う無線通信システムにおいて、一部のパイロットサブキャリアのみを用いて残留周波数誤差の推定および補正を行うことが可能であり、かつ、任意のサブキャリア位置にパイロットサブキャリアを配置することが可能な残留周波数誤差推定方法、及び残留周波数誤差推定装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数のサブキャリアから構成される受信信号の入力を受け、入力された前記受信信号から異なるサブキャリア位置の受信パイロットサブキャリア信号を抽出するパイロットサブキャリア抽出ステップと、前記パイロットサブキャリア抽出ステップにおいて抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新するクロック周波数誤差推定ステップと、前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて算出された前記クロック周波数誤差の補正値に基づいて前記中心周波数誤差を更新する中心周波数誤差推定ステップと、前記中心周波数誤差推定ステップにおいて更新された前記中心周波数誤差と、前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて更新された前記クロック周波数誤差とを用いて前記受信信号に残留周波数誤差の補正を行う残留周波数誤差補正ステップと、を有することを特徴とする残留周波数誤差推定方法である。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定方法であって、記クロック周波数誤差推定ステップにおいては、異なる受信信号から抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて前記異なるサブキャリア位置毎に平均化した位相を算出し、算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定方法であって、前記中心周波数誤差推定ステップにおいては、前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて算出された前記クロック周波数誤差の補正値と、抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号のうちサブキャリア位置を表す番号の絶対値が最も小さい前記受信パイロットサブキャリア信号とを用いて中心周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記中心周波数誤差の補正値により前記中心周波数誤差を更新する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定方法であって、前記受信信号の電力と、前記受信信号と既知のパイロット信号との差分の電力との比を算出する信号電力算出ステップをさらに有し、前記パイロットサブキャリア抽出ステップにおいては、前記信号電力算出ステップにおいて算出された比が閾値よりも大きい受信パイロットサブキャリア信号を前記受信信号から抽出する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、複数のサブキャリアから構成される受信信号の入力を受け、入力された前記受信信号から異なるサブキャリア位置の受信パイロットサブキャリア信号を抽出するパイロットサブキャリア抽出するパイロットサブキャリア抽出部と、前記パイロットサブキャリア抽出部により抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新するクロック周波数誤差推定部と、前記クロック周波数誤差推定部により算出された前記クロック周波数誤差の補正値に基づいて前記中心周波数誤差を更新する中心周波数誤差推定部と、前記中心周波数誤差推定部により更新された前記中心周波数誤差と、前記クロック周波数誤差推定部により更新された前記クロック周波数誤差とを用いて前記受信信号に残留周波数誤差の補正を行う残留周波数誤差補正部と、を備えることを特徴とする残留周波数誤差推定装置である。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定装置であって、前記クロック周波数誤差推定部は、異なる受信信号から抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて前記異なるサブキャリア位置毎に平均化した位相を算出し、算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定装置であって、前記中心周波数誤差推定部は、前記クロック周波数誤差推定部により算出された前記クロック周波数誤差の補正値と、抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号のうちサブキャリア位置を表す番号の絶対値が最も小さい前記受信パイロットサブキャリア信号とを用いて中心周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記中心周波数誤差の補正値により前記中心周波数誤差を更新する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述する残留周波数誤差推定装置であって、前記受信信号の電力と、前記受信信号と既知のパイロット信号との差分の電力との比を算出する信号電力算出部をさらに備え、前記パイロットサブキャリア抽出部は、前記信号電力算出部により算出された比が閾値よりも大きい受信パイロットサブキャリア信号を前記受信信号から抽出する、ことを特徴とする。

本発明により、マルチキャリア通信を行う無線通信システムにおいて、一部のパイロットサブキャリアのみを用いて残留周波数誤差の推定および補正を行うことが可能となり、かつ、任意のサブキャリア位置にパイロットサブキャリアを配置することが可能となる。

本発明の第１実施形態による無線通信システムの全体構成図である。 同実施形態による残留周波数誤差推定装置への入力信号の一例を示す図である。 同実施形態による基地局の構成を示す機能ブロック図である。 同実施形態による無線局の構成を示す機能ブロック図である。 同実施形態による残留周波数誤差推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態による残留周波数誤差推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 第３実施形態による残留周波数誤差推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 第４実施形態による残留周波数誤差推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 従来技術による残留周波数誤差推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 従来技術による残留周波数誤差推定装置への入力信号の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における残留周波数誤差推定方法および残留周波数誤差推定装置を説明する。

[Ａ．第１実施形態]
図１は、本実施形態による無線通信システムの全体構成図である。同図に示すように、本実施形態の無線通信システムは、基地局１と複数の無線局２とを備えて構成される。各無線局２は、残留周波数誤差推定装置３を備える。複数の無線局２をそれぞれ、無線局２−１、２−２、…、２−Ｌとする（Ｌは２以上の整数）。

基地局１は、各無線局２と無線によるマルチキャリア通信を行う。ここでは、マルチキャリア通信として、ＯＦＤＭＡ変調方式を用いる場合について説明する。基地局１は、複数の無線局２それぞれに異なるサブキャリアの集合体であるサブチャネルを割り当て、複数の無線局２に同時にＯＦＤＭ信号を送信する。

図２は、残留周波数誤差推定装置３への入力信号の一例を示す。同図に示すＯＦＤＭ信号は、ＯＦＤＭシンボル数が小さいＯＦＤＭシンボルから順に基地局１から送信され、無線局２において受信される。ＯＦＤＭ信号において、ブロックＢ１は、１つのＯＦＤＭシンボルの受信データ信号であり、ブロックＢ２は、１つのＯＦＤＭシンボルの受信パイロットサブキャリア信号である。無線局２−１〜２−Ｌに対しては、異なるサブチャネルが割り当てられており、各サブチャネルには２本以上のパイロットサブキャリアが任意のサブキャリア位置に配置されている。無線局２は、基地局１がＯＦＤＭ信号のうち、当該無線局２に割当てられたサブチャネルの信号を受信し、受信した信号を当該無線局２が備える残留周波数誤差推定装置３に入力信号として入力する。

図３は、基地局１の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみ抽出して示してある。同図に示すように、基地局１は、誤り訂正符号化部１００−１〜１００−Ｎ、インターリーブ処理部１０１−１〜１０１−Ｎ、サブキャリア変調部１０２−１−１〜１０２−１−Ｓ、…、１０２−Ｎ−１〜１０２−Ｎ−Ｓ、パイロットサブキャリア生成部１０３、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：高速逆フーリエ変換）部１０４、ＧＩ（Guard Interval：ガード区間）付加部１０５、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）処理部１０６、及びアンテナ１０７を備えて構成される（Ｎ、Ｓは２以上の整数）。

誤り訂正符号化部１００−ｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、入力されたデータの畳み込み符号化を行い、インターリーブ処理部１０１−ｉに出力する。インターリーブ処理部１０１−ｉは、符号化後の離接ビットの伝送をなるべく離れたサブキャリアで行うようにビットの入替を行い、入れ替え後のビットを分割してサブキャリア変調部１０２−ｉ−１〜１０２−ｉ−Ｓに出力する。サブキャリア変調部１０２−ｉ−１〜１０２−ｉ−Ｓは、インターリーブ処理が行われたデータを、無線ＬＡＮ（Local Area Network）に規定されるＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の変調方式に従って変調を行い、ＩＦＦＴ部１０４に出力する。

パイロットサブキャリア生成部１０３は、残留周波数誤差を補正するための２本以上のパイロットサブキャリア信号を、各サブチャネル内の任意のサブキャリア位置（例えば、図２におけるブロックＢ２のサブキャリア位置）に配置する。パイロットサブキャリア信号は、既知信号で構成される。パイロットサブキャリア信号のサブキャリア位置は、予め無線局２に設定しておくか、通信により予め基地局１から無線局２に通知しておく。

ＩＦＦＴ部１０４は、入力された周波数系列データを、ＩＦＦＴ演算により時間系列のデータに変換してＧＩ付加部１０５に出力する。入力された周波数系列データは、サブキャリア変調部１０２−１−１〜１０２−１−Ｓ、…、１０２−Ｎ−１〜１０２−Ｎ−Ｓがデータを変調して生成したデータ信号と、パイロットサブキャリア生成部１０３が配置したパイロットサブキャリア信号とからなる。ＧＩ付加部１０５は、ＩＦＦＴ部１０４から入力されたＩＦＦＴ出力信号の後端の一定の期間をコピーして、そのＩＦＦＴ出力信号の先端につなぎ合わせることによりＧＩを付加し、ＲＦ処理部１０６に出力する。ＲＦ処理部１０６は、ＧＩ付加部１０５によりＧＩが付加されたベースバンド信号を、アナログＲＦ装置を用いて無線ＬＡＮ信号に変換してアンテナ１０７に出力する。アンテナ１０７は、ＲＦ処理部１０６から出力された無線ＬＡＮ信号を空中に放射する。

図４は、本実施形態による無線局２の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみ抽出して示してある。同図に示すように、無線局２は、アンテナ２０１、周波数変換部２０２、ＧＩ除去部２０３、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２０４、残留周波数誤差推定装置３、サブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊ（Ｊは２以上の整数）、デインタリーブ処理部２０６、及び復号部２０７を備えて構成される。

アンテナ２０１は、空中に放射された無線ＬＡＮ信号を受信し、受信信号として周波数変換部２０２に出力する。周波数変換部２０２は、アンテナ２０１による受信信号をベースバンド周波数のデジタル信号に変換し、ＧＩ除去部２０３に出力する。ＧＩ除去部２０３は、周波数変換されたデジタルの受信信号からＧＩを除去し、ＦＦＴ部２０４に出力する。ＦＦＴ２０４は、ＧＩ除去部２０３から入力された受信信号を、周波数系列のデータから時間系列のデータに変換して残留周波数誤差推定装置３に出力する。残留周波数誤差推定装置３は、残留周波数誤差推定を推定し、ＦＦＴ部２０４から入力された受信信号の残留周波数誤差を推定結果により補正し、パラレル信号としてサブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊに出力する。受信サブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊは、ＦＦＴ部２０４から入力された残留周波数誤差補正後の受信信号を復調し、デインタリーブ処理部２０６に出力する。デインタリーブ処理部２０６は、受信サブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊから入力された受信信号をデインタリーブし、復号部２０７に出力する。復号部２０７は、デインタリーブ処理部２０６から入力された受信信号を復号する。

図５は、本実施形態による残留周波数誤差推定装置３の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみ抽出して示してある。同図に示すように、残留周波数誤差推定装置３は、パイロットサブキャリア抽出部３００、クロック周波数誤差推定部３０１、中心周波数誤差推定部３０２、及び残留周波数誤差補正部３０３を備えて構成される。パイロットサブキャリア抽出部３００は、当該残留周波数誤差推定装置３を備える無線局２に割当てられたサブキャリアに含まれるパイロットサブキャリアの信号（以下、「受信パイロットサブキャリア信号」と記載する。）を入力信号から抽出する。クロック周波数誤差推定部３０１は、パイロットサブキャリア抽出部３００が抽出した受信パイロットサブキャリア信号と、既知のパイロットサブキャリアの信号（以下、「送信パイロットサブキャリア信号」）とに基づいてクロック周波数誤差を推定する。具体的には、クロック周波数誤差推定部３０１は、受信パイロットサブキャリア信号を現在のクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した位相から得られるクロック周波数誤差の補正値によりクロック周波数誤差を更新する。中心周波数誤差推定部３０２は、クロック周波数誤差推定部３０１により算出されたクロック周波数誤差の補正値に基づいて中心周波数誤差を推定する。残留周波数誤差補正部３０３は、クロック周波数誤差推定部３０１が推定したクロック周波数誤差と、中心周波数誤差推定部３０２が推定した中心周波数誤差とを用いて、入力信号に含まれる受信データ信号に対して残留周波数誤差の補正を行う。

続いて、残留周波数誤差推定装置３における残留周波数誤差推定処理の動作について説明する。
基地局１が、例えば図２に示す信号を送信すると、無線局２は、基地局１から送信された信号のうち、アンテナ２０１により受信する。周波数変換部２０２は、アンテナ２０１が受信したＲＦ帯のうち、自局に割当てられたサブチャネルの受信信号をベースバンド周波数のデジタル信号に変換し、ＧＩ除去部２０３は、周波数変換されたデジタルの受信信号からＧＩを除去する。ＦＦＴ変換部２０４は、ＧＩが除去された受信信号をＦＦＴし、残留周波数誤差推定装置３のパイロットサブキャリア抽出部３００に入力信号として入力する。パイロットサブキャリア抽出部３００は、入力信号から自局に割り当てられたサブキャリアに含まれる受信パイロットサブキャリア信号を抽出し、クロック周波数誤差推定部３０１に出力する。ここでは、説明の簡略化のため、抽出された受信パイロットサブキャリア信号のサブキャリア位置を表すサブキャリア番号ｋ_ｉは、ｋ_−Ｍ，…，ｋ_{−（Ｍ−Ｉ＋１）}の合計Ｉ個とする。

クロック周波数誤差推定部３０１は、入力された受信パイロットサブキャリア信号と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とを用いて、以下の数式（８）−（１２）により、クロック周波数誤差ω_ｎの推定を行う。具体的には、クロック周波数誤差推定部３０１は、数式（８）により、サブキャリア番号ｋ_ｉの中で最大のサブキャリア番号ｋ_ｍａｘおよび最小のサブキャリア番号ｋ_ｍｉｎのそれぞれの受信パイロットサブキャリア信号を現在のクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正し、送信パイロットサブキャリア信号の符号を用いて正の値とする。次に、クロック周波数誤差推定部３０１は、数式（９）、（１０）により、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルにおけるサブキャリア番号ｋ_ｍａｘ、ｋ_ｍｉｎについての数式（８）の算出結果を、位相情報ψ（ｋ_ｍａｘ，ｎ）、ψ（ｋ_ｍｉｎ，ｎ）に変換する。通常、パイロット信号は、１，−１であるため、正しく周波数誤差が補正されている場合、位相情報は０となるが、正しく補正されていない場合、０以外の値となる。クロック周波数誤差推定部３０１は、サブキャリア番号ｋ_ｍａｘ、ｋ_ｍｉｎについて算出した位相情報を用いて、数式（１１）により、１サブキャリア当たりのクロック周波数誤差Δωを計算する。クロック周波数誤差Δωは、現在の周波数誤差ω_ｎ−１に対する差分（補正値）である。サブキャリア番号ｋ_ｍａｘ、ｋ_ｍｉｎを使用するのは、サブキャリア番号とともに位相の変化が大きくなるためである。クロック周波数誤差推定部３０１は、数式（１１）で算出した１サブキャリア当たりのクロック周波数誤差Δωを用いて、数式（１２）により現在のクロック周波数誤差ω_ｎ−１を更新し、クロック周波数誤差ω_ｎを算出する。

上記の数式において、ｘ（ｋ_ｉ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ_ｉ番目の受信パイロットサブキャリア信号であり、ｐ（ｋ_ｉ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ_ｉ番目の送信パイロットサブキャリア信号である。ｓｇｎ（）は、Ｓｇｎ関数であり、ｐ（ｋ_ｍ，ｎ）が正の時は１となり、負の時は−１となる。ω_ｎ−１、ω_ｎは、それぞれＯＦＤＭシンボル数（ｎ−１）、ｎについて推定したクロック周波数誤差であり、θ_ｎ−１は、ＯＦＤＭシンボル数（ｎ−１）について推定した中心周波数誤差であり、ｘ’（ｋ_ｉ，ｎ）は、ｘ（ｋ_ｉ，ｎ）に仮補正を行った場合の信号である。なお、θ_−１およびω_−１は、０である。
クロック周波数誤差推定部３０１は、クロック周波数誤差Δωを中心周波数誤差推定部３０２に出力し、クロック周波数誤差ω_ｎを残留周波数誤差補正部３０３に出力する。

中心周波数誤差推定部３０２は、クロック周波数誤差推定部３０１から入力されたクロック周波数誤差Δωを用いて、以下の数式（１３）、数式（１４）により中心周波数誤差θ_ｎの推定を行い、残留周波数誤差補正部３０３に推定結果の出力を行う。具体的には、中心周波数誤差推定部３０２は、数式（１３）により、１ＯＦＤＭシンボル当たりの中心周波数誤差Δθを計算する。この中心周波数誤差Δθは、ＯＦＤＭシンボル数（ｎ−１）について推定された現在の中心周波数誤差θ_ｎ−１に対する補正値である。そして、中心周波数誤差推定部３０２は、数式（１４）により、数式（１３）で算出した１ＯＦＤＭシンボル当たりの中心周波数誤差Δθを用いて中心周波数誤差θ_ｎ−１を更新し、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルの中心周波数誤差θ_ｎを算出する。

ここで、ｋ_ｉはどのサブキャリア番号を用いても構わない。
残留周波数誤差補正部３０３は、クロック周波数誤差推定部３０１から入力された推定結果のクロック周波数誤差の推定結果ω_ｎと、中心周波数誤差推定部３０２から入力された推定結果の中心周波数誤差θ_ｎとを用いて、以下の数式（１５）によって受信データ信号の残留周波数誤差の補正を行い、補正後の受信データ信号をサブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊに出力する。

ここで、ｒ（ｋ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目のサブキャリアの受信データ信号であり、ｒ’（ｋ，ｎ）は、残留周波数誤差補正後のｎ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目のサブキャリアの受信データ信号である。

受信サブキャリア復調部２０５−１〜２０５−Ｊは、残留周波数誤差推定装置３により残留周波数誤差が補正された受信信号を復調し、デインタリーブ処理部２０６に出力する。デインタリーブ処理部２０６は、復調された受信信号をデインタリーブし、復号部２０７は、デインタリーブされた受信信号を復号し、データを得る。

以上説明した残留周波数誤差推定装置３の構成、および、残留周波数誤差推定方法によって、一部のパイロットサブキャリアを用いて残留周波数誤差推定を行うことができる。
以上が第１の実施形態である。

本実施形態によれば、基地局が、複数の無線局に異なるサブキャリアの集合体であるサブチャネルを割り当て、複数の端末局と同時に送受信を行うＯＦＤＭＡ変調方式を用いたシステムにおいて、任意のサブキャリア位置に配置された一部のパイロットサブキャリアを用いて残留周波数誤差の推定および補正を行うことが可能となる。

［Ｂ．第２実施形態］
第２実施形態では、クロック周波数誤差推定の際に、他のシンボルから抽出された受信パイロットサブキャリア信号を用いて位相のずれを平均化することにより、残留周波数誤差の推定精度を高めることができる。以下に、第２実施形態について、第１実施形態との差分を中心に説明する。

本実施形態による無線通信システムは、図１に示す無線局２が、図５に示す残留周波数誤差推定装置３に代えて、以下の図６に示す残留周波数誤差推定装置３ａを備えた構成である。

図６は、本実施形態による残留周波数誤差推定装置３ａの構成を示す機能ブロック図であり、同図において、図５に示す第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、残留周波数誤差推定装置３ａは、パイロットサブキャリア抽出部３００、クロック周波数誤差推定・平均部３０５、中心周波数誤差推定部３０２、及び残留周波数誤差補正部３０３を備えて構成される。このように、本実施形態の残留周波数誤差推定装置３ａは、第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３が備えるクロック周波数誤差推定部３０１に代えて、クロック周波数誤差推定・平均部３０５を備えた構成である。これにより、パイロットサブキャリア抽出部３００は、自局に割り当てられたサブキャリアに含まれる受信パイロットサブキャリア信号を入力信号から抽出し、クロック周波数誤差推定・平均部３０５に出力する。

クロック周波数誤差推定・平均部３０５は、パイロットサブキャリア抽出部３００から入力された受信パイロットサブキャリア信号と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とを用いて、以下の数式（１６）−（２０）によりクロック周波数誤差ω_ｎの推定および平均化を行い、中心周波数誤差推定部３０２および残留周波数誤差補正部３０３に推定結果の出力を行う。
具体的には、クロック周波数誤差推定・平均部３０５は、数式（１６）により、仮補正された受信パイロットサブキャリア信号を計算する。そして、クロック周波数誤差推定・平均部３０５は、数式（１７）、（１８）により、過去ａシンボル分のサブキャリア番号ｋ_ｍａｘおよびｋ_ｍｉｎについて算出した仮補正後の受信パイロットサブキャリア信号から平均化した位相情報ψ（ｋ_ｍａｘ，ｎ）、ψ（ｋ_ｍｉｎ，ｎ）を算出する。クロック周波数誤差推定・平均部３０５は、数式（１９）により、数式（１７）および（１８）で算出した位相情報ψ（ｋ_ｍａｘ，ｎ）、ψ（ｋ_ｍｉｎ，ｎ）から１サブキャリア当たりのクロック周波数誤差Δωを計算する。クロック周波数誤差推定・平均部３０５は、数式（２０）により、数式（１９）で算出したクロック周波数誤差Δωを用いてクロック周波数誤差ω_ｎ−１を更新し、クロック周波数誤差ω_ｎを算出する。

なお、θ_−１およびω_−１は０であり、ａは時間平均に用いるシンボル数である。以降の処理は、第１実施形態と同様である。
以上が第２の実施形態である。

［Ｃ．第３実施形態］
第３の実施形態では、中心周波数誤差推定の際に、最もサブキャリア番号の絶対値が小さいパイロットサブキャリアを基準にして中心周波数誤差推定を行うことにより残留周波数誤差の推定精度を高めることができる。以下に、第３の実施形態について第１実施形態との差分を中心に説明する。

本実施形態による無線通信システムは、図１に示す無線局２が、図５に示す残留周波数誤差推定装置３に代えて、以下の図７に示す残留周波数誤差推定装置３ｂを備えた構成である。

図７は、本実施形態による残留周波数誤差推定装置３ｂの構成を示す機能ブロック図であり、同図において、図５に示す第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、残留周波数誤差推定装置３ｂは、パイロットサブキャリア抽出部３００、クロック周波数誤差推定部３０１、選択型中心周波数誤差推定部３０６、及び残留周波数誤差補正部３０３を備えて構成される。このように、本実施形態の残留周波数誤差推定装置３ｂは、第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３が備える中心周波数誤差推定部３０２に代えて、選択型中心周波数誤差推定部３０６を備えた構成である。これにより、クロック周波数誤差推定部３０１は、クロック周波数誤差Δωを選択型中心周波数誤差推定部３０６に出力する。残留周波数誤差補正部３０３は、クロック周波数誤差推定部３０１が推定したクロック周波数誤差と、選択型中心周波数誤差推定部３０６が推定した中心周波数誤差とを用いて、入力信号に含まれる受信データ信号に対して残留周波数誤差の補正を行う。

選択型中心周波数誤差推定部３０６は、クロック周波数誤差推定部３０１から入力されたクロック周波数誤差Δω_ｎを用いて、数式（２１）、及び数式（２２）により中心周波数誤差θ_ｎの推定を行い、残留周波数誤差補正部３０３に推定結果の出力を行う。

ここで、ｋ’_ｍｉｎは、サブキャリア番号ｋ_ｉのうち絶対値が最も小さいサブキャリア番号を示す。以降の処理は、第１実施形態と同様である。
以上が第３の実施形態である。

［Ｄ．第４実施形態］
第４実施形態では、受信パイロット信号抽出の際に、各サブキャリア番号の受信パイロットサブキャリア信号について、受信信号電力と、受信信号から既知の送信パイロット信号を減算した後の電力との比を算出し、算出した比がある閾値よりも大きいパイロットサブキャリアを選択して抽出する。これにより、無線局に割当てられたいずれかの周波数チャネルを利用する隣接通信セルが存在し、干渉となる環境においても、残留周波数誤差の推定精度を高めることができる。以下に、第４の実施形態について、第１実施形態との差分を中心に説明する。

本実施形態による無線通信システムは、図１に示す無線局２が、図５に示す残留周波数誤差推定装置３に代えて、以下の図８に示す残留周波数誤差推定装置３ｃを備えた構成である。

図８は、本実施形態による残留周波数誤差推定装置３ｃの構成を示す機能ブロック図であり、同図において、図５に示す第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、残留周波数誤差推定装置３ｃは、信号電力算出部３０７、選択型パイロットサブキャリア抽出部３０８、クロック周波数誤差推定部３０１、中心周波数誤差推定部３０２、及び残留周波数誤差補正部３０３を備えて構成される。このように、本実施形態の残留周波数誤差推定装置３ｃは、第１の実施形態による残留周波数誤差推定装置３が備えるパイロットサブキャリア抽出部３００に代えて、信号電力算出部３０７、及び選択型パイロットサブキャリア抽出部３０８を備えた構成である。

信号電力算出部３０７には、入力信号とレプリカ信号とが入力される。レプリカ信号は、既知のパイロット信号である。信号電力算出部３０７は、数式（２３）に示すように、それぞれのパイロットサブキャリアについて、入力信号ｘ（ｋ，ｎ）の電力と、入力信号ｘ（ｋ，ｎ）とレプリカ信号ｐ（ｋ，ｎ）との差分の電力との比Ｒ（ｋ，ｎ）を算出し、選択型パイロットサブキャリア抽出部３０８に出力する。入力信号ｘ（ｋ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルの入力信号であり、レプリカ信号ｐ（ｋ，ｎ）は、ｎ番目のＯＦＤＭシンボルの既知のパイロット信号である。

選択型パイロットサブキャリア抽出部３０８は、信号電力算出部３０７から入力された電力の比Ｒ（ｋ，ｎ）が所定の閾値以上のパイロットサブキャリアを入力信号から抽出し、クロック周波数誤差推定部３０１に出力する。以降の処理は、第１実施形態と同様である。
以上が第４の実施形態である。

以上説明したように、本実施形態は、ＯＦＤＭＡ変調方式を用いた無線通信システムにおいて、基地局が、サブチャネル内のサブキャリア位置に２本以上の既知の送信パイロットサブキャリアを配置して送信信号を送信し、無線局の残留周波数誤差推定装置が、受信信号からサブキャリア位置に配置されたパイロットサブキャリアの信号を受信パイロットサブキャリアとして抽出し、抽出した受信パイロットサブキャリアと既知の送信パイロットサブキャリアとに基づいてクロック周波数誤差と中心周波数誤差を推定し、推定したクロック周波数誤差及び中心周波数誤差を用いて残留周波数誤差の補正を行う。これにより、残留周波数誤差推定装置は、任意のサブキャリア位置に配置された一部のパイロットサブキャリアを用いて残留周波数誤差の推定および補正を行うことが可能となる。

上述した実施形態における基地局１、及び残留周波数誤差推定装置３、３ａ、３ｂ、３ｃの一部の機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＯＦＤＭＡ変調方式を用いて複数の無線局に異なるサブキャリアの集合体であるサブチャネルを割り当て、複数の無線局と同時に送受信を行う無線通信システムに利用可能である。

１ 基地局
１００−１〜１００−Ｎ 誤り訂正符号化部
１０１−１〜１０１−Ｎ インターリーブ処理部
１０２−１−１〜１０２−１−Ｓ、１０２−Ｎ−１〜１０２−Ｎ−Ｓ サブキャリア変調部
１０３ パイロットサブキャリア生成部
１０４ ＩＦＦＴ部
１０５ ＧＩ付加部
１０６ ＲＦ処理部
１０７ アンテナ
２ 無線局
２０１ アンテナ
２０２ 周波数変換部
２０３ ＧＩ除去部
２０４ ＦＦＴ部
２０５−１〜２０５−Ｊ サブキャリア復調部
２０６ デインタリーブ処理部
２０７ 復号部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 残留周波数誤差推定装置
３００ パイロットサブキャリア抽出部
３０１ クロック周波数誤差推定部
３０２ 中心周波数誤差推定部
３０３ 残留周波数誤差補正部
３０５ クロック周波数誤差推定・平均部（クロック周波数誤差推定部）
３０６ 選択型中心周波数誤差推定部（中心周波数誤差推定部）
３０７ 信号電力算出部
３０８ 選択型パイロットサブキャリア抽出部（パイロットサブキャリア抽出部）
９ 残留周波数誤差推定装置
９００ パイロットサブキャリア抽出部
９０１ 中心周波数誤差推定部
９０２ クロック周波数誤差推定部
９０３ 残留周波数誤差補正部

Claims (8)

1. 複数のサブキャリアから構成される受信信号の入力を受け、入力された前記受信信号から異なるサブキャリア位置の受信パイロットサブキャリア信号を抽出するパイロットサブキャリア抽出ステップと、
   前記パイロットサブキャリア抽出ステップにおいて抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新するクロック周波数誤差推定ステップと、
   前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて算出された前記クロック周波数誤差の補正値に基づいて前記中心周波数誤差を更新する中心周波数誤差推定ステップと、
   前記中心周波数誤差推定ステップにおいて更新された前記中心周波数誤差と、前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて更新された前記クロック周波数誤差とを用いて前記受信信号に残留周波数誤差の補正を行う残留周波数誤差補正ステップと、
   を有することを特徴とする残留周波数誤差推定方法。
2. 前記クロック周波数誤差推定ステップにおいては、異なる受信信号から抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて前記異なるサブキャリア位置毎に平均化した位相を算出し、算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の残留周波数誤差推定方法。
3. 前記中心周波数誤差推定ステップにおいては、前記クロック周波数誤差推定ステップにおいて算出された前記クロック周波数誤差の補正値と、抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号のうちサブキャリア位置を表す番号の絶対値が最も小さい前記受信パイロットサブキャリア信号とを用いて中心周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記中心周波数誤差の補正値により前記中心周波数誤差を更新する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の残留周波数誤差推定方法。
4. 前記受信信号の電力と、前記受信信号と既知のパイロット信号との差分の電力との比を算出する信号電力算出ステップをさらに有し、
   前記パイロットサブキャリア抽出ステップにおいては、前記信号電力算出ステップにおいて算出された比が閾値よりも大きい受信パイロットサブキャリア信号を前記受信信号から抽出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の残留周波数誤差推定方法。
5. 複数のサブキャリアから構成される受信信号の入力を受け、入力された前記受信信号から異なるサブキャリア位置の受信パイロットサブキャリア信号を抽出するパイロットサブキャリア抽出するパイロットサブキャリア抽出部と、
   前記パイロットサブキャリア抽出部により抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と、既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて位相を算出し、異なるサブキャリア位置について算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新するクロック周波数誤差推定部と、
   前記クロック周波数誤差推定部により算出された前記クロック周波数誤差の補正値に基づいて前記中心周波数誤差を更新する中心周波数誤差推定部と、
   前記中心周波数誤差推定部により更新された前記中心周波数誤差と、前記クロック周波数誤差推定部により更新された前記クロック周波数誤差とを用いて前記受信信号に残留周波数誤差の補正を行う残留周波数誤差補正部と、
   を備えることを特徴とする残留周波数誤差推定装置。
6. 前記クロック周波数誤差推定部は、異なる受信信号から抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号をクロック周波数誤差及び中心周波数誤差により補正した結果と既知の送信パイロットサブキャリア信号とに基づいて前記異なるサブキャリア位置毎に平均化した位相を算出し、算出した前記位相からクロック周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記補正値により前記クロック周波数誤差を更新する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の残留周波数誤差推定装置。
7. 前記中心周波数誤差推定部は、前記クロック周波数誤差推定部により算出された前記クロック周波数誤差の補正値と、抽出された前記受信パイロットサブキャリア信号のうちサブキャリア位置を表す番号の絶対値が最も小さい前記受信パイロットサブキャリア信号とを用いて中心周波数誤差の補正値を算出し、算出した前記中心周波数誤差の補正値により前記中心周波数誤差を更新する、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の残留周波数誤差推定装置。
8. 前記受信信号の電力と、前記受信信号と既知のパイロット信号との差分の電力との比を算出する信号電力算出部をさらに備え、
   前記パイロットサブキャリア抽出部は、前記信号電力算出部により算出された比が閾値よりも大きい受信パイロットサブキャリア信号を前記受信信号から抽出する、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の残留周波数誤差推定装置。

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