JP3896012B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線装置、特に、１つの無線端末と無線基地局との間で空間分割により形成された複数のパスを介して多重通信することができる無線装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handyphone System：以下、ＰＨＳ）では、電波の周波数利用効率を高めるために、同一周波数の同一タイムスロットを空間的に分割することにより複数ユーザの移動端末装置を無線基地システムにパス多重接続させることができるＰＤＭＡ（Path Division Multiple Access）方式が提案されている。このＰＤＭＡ方式では、各ユーザの移動端末装置からの信号は、周知のアダプティブアレイ処理により分離抽出される。なお、ＰＤＭＡ方式は、また、ＳＤＭＡ方式（Spatial Division
Multiple Access）とも呼ばれる。
【０００３】
図１３は周波数分割多重接続（Frequency Division Multiple Access：ＦＤＭＡ），時分割多重接続（Time Division Multiple Access ：ＴＤＭＡ）および空間多重分割接続（Path Division Multiple Access：ＰＤＭＡ）の各種の通信システムにおけるチャネルの配置図である。
【０００４】
まず、図１３を参照して、ＦＤＭＡ，ＴＤＭＡおよびＰＤＭＡについて簡単に説明する。図１３（ａ）はＦＤＭＡを示す図であって、異なる周波数ｆ１〜ｆ４の電波でユーザ１〜４のアナログ信号が周波数分割されて伝送され、各ユーザ１〜４の信号は周波数フィルタによって分離される。 図１３（ｂ）に示すＴＤＭＡにおいては、各ユーザのデジタル化された信号が、異なる周波数ｆ１〜ｆ４の電波で、かつ一定の時間（タイムスロット）ごとに時分割されて伝送され、各ユーザの信号は周波数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同期とにより分離される。
【０００５】
一方、ＰＤＭＡ方式は、図１３（ｃ）に示すように、同じ周波数における１つのタイムスロットを空間的に分割して複数のユーザのデータを伝送するものである。このＰＤＭＡでは各ユーザの信号は周波数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同期とアダプティブアレイなどの相互干渉除去装置とを用いて分離される。
【０００６】
このようなアダプティブアレイ処理は周知の技術であり、たとえば、文献１：菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されている。「アダプティブアレイ処理」とは、端末からの受信信号に基づいて、基地局のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、所望の端末からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００７】
このようなアダプティブアレイ処理により、各ユーザ端末のアンテナからの上り信号は、基地局のアレイアンテナによって受信され、受信指向性を伴って分離抽出されるとともに、基地局から当該端末への下り信号は、端末のアンテナに対する送信指向性を伴ってアレイアンテナから送信される。
【０００８】
［ＰＨＳの通信方式］
ところで、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）の通信方式としては、送信受信のためのそれぞれ４スロット（１スロット：６２５μｓ）からなる１フレーム（５ｍｓ）を基本単位としたＴＤＭＡ方式が採用されている。このフレームの構成は、ＰＤＭＡ方式でも同様である。このようなＰＨＳの通信方式は、たとえば、「第２世代コードレス通話システム」として標準化がなされている。
【０００９】
図１４は、端末とＰＤＭＡ基地局との間で授受される信号の構成を説明するための概念図である。
【００１０】
１フレームの信号は８スロットに分割され、前半の４スロットがたとえば受信用であり後半の４スロットがたとえば送信用である。
【００１１】
各スロットは１２０シンボルから構成され、図１４に示した例では、１つの受信用および１つの送信用のスロットを１組として最大４ユーザに対して１フレームの信号を割当てることが可能である。ただし、一般には、１フレームの信号は、１つの受信用および１つの送信用のスロットを１組として３組のスロットが３ユーザに対する通話チャネルに、残りの１組のスロットが制御チャネル（コントロールチャネル）にそれぞれ割当てられている。
【００１２】
ここで、たとえば、ＰＤＭＡ基地局と２つのユーザ端末ＰＳ１，ＰＳ２が通信している場合、基地局での受信信号がＰＤＭＡ基地局のサービスを受けるものであるかの識別は、以下に説明するように行なわれる。
【００１３】
すなわち、携帯電話機の電波信号は上述のようなフレーム構成をとって伝達される。携帯電話機からのスロット信号は、大きくは、無線基地局にとって既知の信号系列からなる参照信号区間と、無線基地局にとって未知の信号系列からなるデータ（音声など）から構成されている。
【００１４】
参照信号区間の信号系列は、当該ユーザが無線基地局にとって通話すべき所望のユーザかどうかを見分けるための情報の信号列（ユニークワード信号）を含んでいる。
【００１５】
ＰＤＡＭ無線基地局は、メモリに格納しているユニークワード信号と、受信した信号系列との対比に基づいて、ユーザＰＳ１に対応する信号系列を含んでいると思われる信号を抽出するようにウエイトベクトル制御（重み係数の決定）を行なう。
【００１６】
また、各端末ＰＳ１，ＰＳ２からの信号は、両者を区別するために、一方の信号に対して、他方の信号は、所定の時間間隔だけ遅延した信号となっている。
【００１７】
さらに、各フレームについては、上述したユニークワード信号（参照信号）区間を含むとともに、巡回符号による誤り検出（ＣＲＣ：cyclic redundancy check）が可能な構成となっているものとする。
【００１８】
［ＰＨＳの通話確立処理］
ＰＨＳでは、同期確立の制御手順の際に、まず、制御チャネルによるリンクチャネルの確立が行われた後に、干渉波（Ｕ波：Undesired wave）測定処理を行ない、さらに割り当てられたチャネルにより通話条件の設定処理を行った後に通話が開始される。このような手順については、ＰＨＳの規格である第２世代コードレス通話システム標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−２８（発行：（社団法人）電波産業界）に詳しく開示されている。
【００１９】
図１５は、このようなＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。以下、図１５を参照して、簡単にその説明を行なう。
【００２０】
まずＰＨＳ端末からＣチャネル（コントロールチャネル：ＣＣＨ）を用いてリンクチャネル確立要求信号（ＬＣＨ確立要求信号）を基地局に対し送信する。ＰＨＳ基地局は、空きチャネル（空き通話チャネル：空きＴチャネル）を検出し（キャリアセンス）、Ｃチャネルを用いて空きＴチャネルを指定するリンクチャネル割当信号（ＬＣＨ割当信号）をＰＨＳ端末側に送信する。
【００２１】
ＰＨＳ端末側では、ＰＨＳ基地局から受信したリンクチャネル情報に基づき、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が受信されていないか測定（Ｕ波測定）し、一定のパワー以上の干渉波信号が検出されない場合、すなわち、他のＰＨＳ基地局がこの指定されたＴチャネルを使用していない場合には、指定されたＴチャネルを用いて同期バースト信号を基地局に送信し、基地局からも同期バースト信号を端末側に返信して同期確立を完了する。
【００２２】
一方、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が検出されていた場合、すなわち他のＰＨＳ基地局により使用中の場合には、ＰＨＳ端末は再度リンクチャネル確立要求信号から制御手順を繰返すことになる。
【００２３】
このようにして、ＰＨＳシステムにおいては、干渉波が小さく良好な通信特性が得られるチャネルを用いて、端末と基地局との間で通信チャネルの接続が行なわれている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
これ対し、複数のアンテナを有する１つの端末とＰＤＭＡ基地局との間で、同一周波数の複数の空間パスを介して多重通信するＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式（多入力多出力方式）が提案されている。
【００２５】
このようなＭＩＭＯ方式の通信技術については、西村他による「ＭＩＭＯチャネルでのＳＤＭＡ下り回線ビーム形成法」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−１１６，ＲＣＳ２００１−１５５の第２３頁から第３０頁）、富里他による「移動通信用ＭＩＭＯチャネル信号伝達における無線信号処理」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−９７，ＲＣＳ２００１−１３６の第４３頁から第４８頁）などに詳細に説明されている。
【００２６】
上述したようなＭＩＭＯ方式による無線端末と無線基地局との間の通信においては、上りの通信、すなわち、無線端末から無線基地局への通信においては、端末は複数のアンテナから異なる信号を送信する。基地局側では、上りマルチビームを形成し、空間分割受信した上で、異なるパスの信号を検波後に合成することにより、伝送速度を、たとえば倍増させることができる。
【００２７】
一方、下りの通信の場合、すなわち、無線基地局から無線端末への通信においては、基地局側では下りマルチビームを形成し、空間分割送信してパスごとに異なる信号を送信する。端末は、複数のアンテナに入力された異なる信号を受信し、検波後に合成することにより、伝送速度を、たとえば倍増させる。
【００２８】
図１６は、このようなＭＩＭＯ端末ＰＳ１と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で、ＭＩＭＯ方式の通信が行なわれている状態を示す概念図である。
【００２９】
上述したとおり、たとえば、４本のアンテナを有する基地局ＣＳ１は、このアンテナの指向性を２つの方向ＤＡおよびＤＢに向かわせることにより、２つの空間パスを経由して端末ＰＳ１から、基地局ＣＳ１に到達した信号を受信することができる。逆に、送信する場合は、方向ＤＡおよび方向ＤＢに対して送信指向性を向けることで、この２つの空間パスを経由して、信号を端末ＰＳ１に対して送信することが可能となる。一方、端末ＰＳ１においては、２本のアンテナを備え、この２つのアンテナから、異なる信号の送受信を行なう。
【００３０】
したがって、たとえば１つの空間パスにおける通信速度が３２ｋｂｐｓである場合は、２つの通信パスを多重することによって、合計６４ｋｂｐｓで端末ＰＳ１と基地局ＣＳ１との間で通信を行なうことが可能となる。
【００３１】
ところで、一般に、携帯電話等において送受信に用いられる変調方式としては、ＰＳＫ変調を基調とする変調方式のたとえばＱＰＳＫ変調等が用いられる。
【００３２】
ＰＳＫ変調では、搬送波に同期した信号を受信信号に積算することにより検波を行なう同期検波が一般的に行なわれる。
【００３３】
同期検波においては、変調波中心周波数に同期した複素共役搬送波を局部発振器により生成する。しかし、同期検波を行なう場合に、通常、送信側と受信側の発振器には「周波数オフセット」と呼ばれる周波数誤差が存在する。この誤差によって、受信機側においては受信信号をＩＱ平面状に表わした場合、受信信号点の位置が回転してしまうことになる。このため、周波数オフセットを補償しなければ同期検波を行なうことが困難である。
【００３４】
このような周波数オフセットは、上述したような送受信機の間の局部発振周波数の精度のみならず、設定誤差、温度変動、経時変化等により発生し、受信機に入力される信号にキャリア周波数成分が残留することにより、受信特性が急激に劣化してしまうという問題が生じる。
【００３５】
したがって、一般には、携帯電話機等においては、このような周波数オフセットを抑制する機構が存在する。
【００３６】
図１７は、このような周波数オフセットが通信品質に与える影響を説明するための概念図である。
【００３７】
図１７に示すとおり、送信側においては、ベースバンド信号Ｓ（ｔ）に対して、搬送波発振器ＯＳＣ１から出力されるコサイン波ｃｏｓ（ωaｔ）とを乗算器ＭＵＬ１で積算することで、送信信号を形成し、アンテナ♯ＡＮ１から信号の送信を行なう。
【００３８】
一方、受信側では、アンテナ♯ＡＮ２を介して受信した信号に対して、搬送波発振器ＯＳＣ２から出力されるコサイン波ｃｏｓ（ωbｔ）を乗算器ＭＵＬ２で積算し、ローパスフィルタＬＰＦを通過させることでベースバンド信号ｑ（ｔ）を抽出する。
【００３９】
すなわち、同期検波は受信信号と搬送波を乗算することによって、ベースバンド信号を抽出する検波方式である。以下、同期検波の基本動作をさらに説明する。
【００４０】
送信側で、信号Ｓ（ｔ）に搬送波ｃｏｓ（ωaｔ）を掛けて送信する。受信側で、受信信号Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（ωaｔ）に対して、再生した搬送波ｃｏｓ（ωbｔ）を掛けると、以下式が得られる。
【００４１】
Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（ωaｔ）ｃｏｓ（ωbｔ）＝１／２×Ｓ（ｔ）｛ｃｏｓ（ωa＋ωb）ｔ＋ｃｏｓ（ωa−ωb）ｔ｝…（１）
このとき、送信側と受信側の搬送周波数が同じ、すなわち、ωa＝ωbであるならば、上記式（１）は、以下のように変形される。
【００４２】
１／２｛Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（２ωaｔ）＋Ｓ（ｔ）｝…（２）
上記式（２）における第１項はローパスフィルタＬＰＦによって除去可能であるため、結局ローパスフィルタ通過後の出力ｑ（ｔ）は、以下の式で表わされる。
【００４３】
ｑ（ｔ）＝１／２×Ｓ（ｔ）…（３）
したがって、信号Ｓ（ｔ）を抽出することができる。これが同期検波の基本動作である。
【００４４】
しかし、送信側と受信側で搬送波周波数にずれ（周波数オフセット）が存在すると、信号ｑ（ｔ）は、信号Ｓ（ｔ）を必ずしも正確に反映した信号でなくなる。このため、受信側での誤り率が増加してしまう。
【００４５】
一般的には、ωa＝ωbは成立しないので、周波数オフセットの推定を行なった上で、それを補正することが必要となる。
【００４６】
周波数オフセットの推定方法としては、たとえばＰＨＳシステムなどにおいては、ユニークワードなどの既知の信号区間において、受信信号と参照信号の位相差を求めることにより、逐次的に周波数オフセットを推定する方法がある。
【００４７】
このような周波数オフセットの推定と補償の方法については、特開２００１−２８５１６１号公報（発明の名称：無線装置、出願人：三洋電機株式会社）に開示されている。
【００４８】
しかしながら、このような周波数オフセットの補正および抑制を、上述したようなＭＩＭＯ方式における端末装置においては、どのような周波数オフセットを行なうのが妥当であるかが明確でないという問題点があった。
【００４９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ＭＩＭＯ方式で信号の送受信を行なう端末装置において、周波数オフセットを補償するための構成を備えた、無線装置を提供することである。
【００５０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の通話チャネルのうち、１つの通話チャネルで通信が行われている場合、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット推定値を算出し、前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット補正を行う。
【００５１】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記複数のアンテナごとの受信エラーを検出する受信エラー検出手段をさらに備え、前記１つの周波数オフセット推定値は、前記複数の通話チャネルの信号についての周波数オフセットについての、前記受信エラーに基づく重み付け平均値である。
【００５２】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記複数の乗算手段からの信号を受けて、最大レベルの信号を出力する乗算手段を選択し、前記複数の通話チャンネルの信号を分離する選択手段をさらに備え、前記周波数オフセット推定手段は、前記選択手段からの信号に対して周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出し、前記複数の乗算手段からの信号に対して、アダプティブアレイ処理を行うためのアダプティブアレイ処理部をさらに備え、前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記アダプティブアレイ処理部からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う。
【００５３】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定手段とを備え、前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の乗算手段にそれぞれ対応する複数の周波数オフセット推定器と、前記複数の乗算手段のうちの所定数の乗算手段からの信号を用いて、通信を行う状態から、前記所定数よりも多い乗算手段からの信号を用いて通信を行う状態に移行する際に、すでに通信中であった乗算手段に対応する周波数オフセット推定器の出力を、新たに通信を開始する乗算手段に対応する周波数オフセット推定器に初期値として与えるための切換手段とを含み、前記初期値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備える。
【００５７】
したがって、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行う際に、正確な周波数オフセットの推定と補償を行うことが可能になるので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００５９】
［実施の形態１］
［独立した系統で周波数オフセットを補正する構成］
以下、本発明のＭＩＭＯ端末の構成について説明する前提として、図１６で説明したように、たとえば、２つのアンテナを有するＭＩＭＯ端末ＣＳ１が、各アンテナごとに周波数オフセットの推定および補正を行なう場合の、構成および動作について簡単に説明する。
【００６０】
図１は、このようなＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００６１】
ＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１は、第１の通話チャネル（以下、「第１ＴＣＨ」と呼ぶ）の信号を送受信するためのアンテナ♯１と、第２の通話チャネル（以下、「第２ＴＣＨ」と呼ぶ）の信号を送受信するためのアンテナ♯２と、同期検波のために、搬送波を再生して出力するための搬送波発振器１０と、アンテナ♯１からの信号と、搬送波発振器からの出力とを乗算するための乗算器１２と、アンテナ♯２からの信号と、搬送波発振器１０からの出力とを乗算するための乗算器１４と、乗算器１２の出力を受けて、周波数オフセット値を推定するための第１の周波数オフセット推定装置２０と、乗算器１４からの信号を受けて、周波数オフセット値の推定を行なうための第２の周波数オフセット推定装置２２と、乗算器１２からの信号を受けて、周波数オフセット推定装置２０からの第１の推定値に基づいて、周波数オフセットの補正処理を行なう第１の周波数オフセット補正装置３０と、乗算器１４からの出力を受けて、第２の周波数オフセット推定装置２２からの第２の推定値に基づいて、周波数オフセットの補正処理を行なう第２の周波数オフセット補正装置３２と、周波数オフセッ補正装置３０および３２の出力を受けて、復調処理を行ない、ベースバンド信号を抽出するための復調器３４とを備える。
【００６２】
なお、ＭＩＭＯ方式では、第１ＴＣＨと第２ＴＣＨとは、同一のタイムスロットに対応する異なる空間パスからの信号とすることができる。
【００６３】
以下では、乗算器１２または乗算器１４から出力される信号をコンスタレーション平面状の信号であるという意味で、「ＩＱ信号」と呼ぶことにする。また、特に、乗算器１２から出力される信号と乗算器１４から出力される信号とを区別する必要があるときは、それぞれ「ＩＱ信号１」および「ＩＱ信号２」と呼ぶことにする。
【００６４】
なお、端末ＣＳ１の構成中、図１においては、信号を受信して復調するまでの処理において必要な部分のみを抽出して示しており、実際には、たとえば、端末ＣＳ１が携帯電話機である場合は、通話を行なうための音声の変換のための構成や、ユーザインターフェイスや、さらには、信号送信のための構成等が存在するが、図１においては図示省略している。
【００６５】
また、説明の簡単のために、アンテナは２本としているが、より本数は多くてもよい。この場合は、より多くの通話チャネルを用いて、ＭＩＭＯ方式の送受信を行うことが可能になる。
【００６６】
図２は、図１に示した端末ＣＳ１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
図１および図２を参照して、受信処理が開始されると（ステップＳ１００）
まず、処理対象となるチャネルを特定するための変数ｃの値が１に初期設定される（ステップＳ１０２）。
【００６８】
続いて、チャネルｃが通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ１０４）。
【００６９】
チャネルｃが通信中である場合は、次に、オフセット初期値θinitの値を０に設定する（ステップＳ１０６）。
【００７０】
続いて、チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］から周波数オフセット初期値θinitを推定する（ステップＳ１０８）。
【００７１】
続いて、チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］とその参照信号から、周波数オフセットθ［ｃ］を逐次的に推定する（ステップＳ１１０）。
【００７２】
チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］を、推定したオフセット値θ［ｃ］により補正する（ステップＳ１１２）。
【００７３】
続いて、変数ｃの値が１だけインクリメントされる（ステップＳ１１４）。その上で、変数ｃの値が通話中のチャネル数以下であるか、言い換えると、図１に示した構成では、ｃの値が３未満であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１１６）。
【００７４】
変数ｃの値がチャネル数に満たない場合は、さらに、処理はステップＳ１０４に復帰する。
【００７５】
一方、変数ｃの値が通話中のチャネル数を超える場合は、処理は終了する（ステップＳ１２０）。
【００７６】
なお、ステップＳ１０４において、チャネルｃが通話中でない場合は（ステップＳ１０４）、処理はステップＳ１１４に移行する。
【００７７】
以上のような構成とすることで、ＭＩＭＯ方式での信号の送受信が可能な端末ＣＳ１において、周波数オフセットを推定して、各チャネルごとに受信した信号の補正を行なうこと自体は可能となる。
【００７８】
しかしながら、図１および図２で説明したような端末ＣＳ１の構成では、アンテナ♯１で通信中の第１ＴＣＨと、アンテナ♯２で通信中の第２のＴＣＨで別々に周波数オフセットの推定を行なうことになる。このため、受信エラーなどによって、一方の推定誤差が大きくなったとしても、その誤差を補正することができないという問題がある。
【００７９】
さらに、第２ＴＣＨ起動時の推定誤差が大きくなるため、受信エラーが発生しやすいという問題がある。
【００８０】
［本発明に係るＭＩＭＯ端末装置の構成］
本発明に係るＭＩＭＯ端末装置では、上述したような図１に示した端末装置ＣＳ１の問題点を解決する構成を提供する。
【００８１】
図３は、本発明の実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８２】
なお、図３においても、たとえば、端末装置１０００が携帯電話機等である場合に必要とされる音声変換のための構成や、ユーザインターフェイスや、送信のための構成等は図示省略されている。
【００８３】
なお、本発明は、必ずしもこのような携帯電話機に限定されるものではなく、たとえば、パーソナルコンピュータのＰＣカードスロットに挿入されて、ＭＩＭＯ方式で送受信を行なうための無線装置や、あるいはパーソナルコンピュータ等の機器内に、予め作り込まれた構成として、ＭＩＭＯ方式の通信を実現する無線装置に適用されてもよい。
【００８４】
図３を参照して、図３に示した端末装置１０００の構成が、図１に示した端末装置ＣＳ１の構成と異なる点は、以下のとおりである。
【００８５】
すなわち、図３に示した端末装置１０００では、乗算器１２の出力と乗算器１４の出力とを、２つの信号伝達系統に対して共通に設けられた周波数オフセット推定装置１００が受けて、周波数オフセット推定装置１００が、第１の周波数オフセット補正装置３０および第２の周波数オフセット補正装置３２に対して、周波数オフセットの推定値をそれぞれ与える構成となっている点である。
【００８６】
その他の構成は、図１に示した端末装置ＣＳ１の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００８７】
図４は、図３に示した端末装置１０００中の周波数オフセット推定装置１００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８８】
図４を参照して、周波数オフセット推定装置１００は、乗算器１２からのＩＱ信号１を受け、周波数オフセットの計算を行なう周波数オフセット計算機１０２と、乗算器１４からのＩＱ信号２を受けて、周波数オフセットを算出するための周波数オフセット計算機１０４と、周波数オフセット計算機１０２および１０４からの出力を受けて、両者のオフセット値の平均値である周波数オフセット推定値θを計算するための計算機１０６と、計算機１０６の出力と、周波数オフセット計算機１０２の出力とを受けて、一方を選択的に出力するためのスイッチ１０８と、計算機１０６の出力と、周波数オフセット計算機１０４の出力を受けて、一方を選択的に出力するためのスイッチ１１０とを備える。
【００８９】
後に説明するように、スイッチ１０８は、両チャネルとも通信中であって、ＭＩＭＯ方式での通信を行なっている場合は、計算機１０６の出力を、第１ＴＣＨのみでの通話が行なわれている場合は、周波数オフセット計算機１０２の出力を選択して出力する。
【００９０】
同様にして、スイッチ１１０は、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている場合は、計算機１０６からの出力を、第２ＴＣＨでの通話が行なわれている場合は、周波数オフセット計算機１０４からの出力を選択して出力する。
【００９１】
図５は、図４で説明した周波数オフセット推定装置１００の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【００９２】
まず、上述した参照信号区間の信号系列は、プリアンブル信号区間と、これに続くユニークワード区間とを含むものとする。
【００９３】
図５の処理を簡単に説明すると、周波数オフセットの初期値の推定を行なう場合は、プリアンブル信号区間は特定の信号の繰返しであることを利用する。つまり、周波数オフセットがない場合は、あるシンボルと所定のシンボル後の信号、たとえば、８シンボル後のシンボルの位相が一致することになる。この特性により、初期値の推定を行なっている。
【００９４】
一方、プリアンブル区間後のユニークワード区間での周波数オフセット値の推定においては、周波数オフセットがない場合は、受信信号のシンボルと参照信号（ＰＲ，ＵＷ）のシンボルの位相は一致するはずである。この特性により、周波数オフセットの推定を行なっている。
【００９５】
図５を参照して、オフセット推定処理が開始されると（ステップＳ２００）、通話チャネルを特定するための変数ｃの値が１に設定される（ステップＳ２０２）。
【００９６】
続いて、チャネルｃが通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２０４）。
【００９７】
チャネルｃが通信中である場合、オフセット周波数の初期値θinitが０に設定され、一方、プリアンブル部の先頭シンボルであることを示す定数ｓｔａｒｔ＿ＰＲに変数ｓが設定される（ステップＳ２０６）。
【００９８】
続いて、変数ｓの値がプリアンブル部の終端シンボルを示す値ｅｎｄ＿ＰＲから７を引いた値（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）よりも小さいか否かの判定が行なわれる。
【００９９】
変数ｓの値が、（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）という値よりも小さい場合は、ｓ番目の受信シンボルと、ｓ＋８番目の受信シンボルの位相差Δθ1を計算する（ステップＳ２１０）。続いて、変数ｓの値が１だけインクリメントされて（ステップＳ２１２）、処理はステップ２０８に復帰する。
【０１００】
一方、ステップＳ２０８において、変数ｓの値が（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）という値以上である場合は、オフセット周波数の初期値θinitの値が、位相差Δθ1の平均値の値に設定される。一方、変数ｓは、再び、プリアンブル部先頭シンボルの位置を示す定数ｓｔａｒｔ＿ＰＲの値に設定される。さらに、チャネルｃについての周波数オフセット推定値θ［ｃ］の値として、初期値θinitが設定される（ステップＳ２２０）。
【０１０１】
次に、変数ｓの値が、ユニークワード部終端シンボルの位置を示す定数ｅｎｄ＿ＵＷ−１よりも小さいか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２２２）。
【０１０２】
変数ｓの値が、ユニークワード部終端シンボルの位置を示す値（ｅｎｄ＿ＵＷ）よりも１だけ小さい値（ｅｎｄ＿ＵＷ−１）の値よりも小さい場合は、ｓ番目の受信シンボルの位相から、チャネルｃについての周波数オフセットθ［ｃ］の位相回転分と初期値θinitの位相（初期位相）とを引いた値と、ｓ番目の参照信号シンボルとの位相差Δθ2の計算が行なわれる（ステップＳ２２４）。
【０１０３】
次に、チャネルｃについての周波数オフセット推定値θ［ｃ］の値として、θ［ｃ］に、所定のステップ係数μｓｔｅｐにΔθ2の値を掛けた値を加えたものが代入される（ステップＳ２２６）。
【０１０４】
続いて、変数ｓの値が１だけインクリメントされて（ステップＳ２２８）、処理はステップＳ２２２に復帰する。
【０１０５】
一方、ステップＳ２２２において、変数ｓの値が、ユニークワード終端シンボルの位置を示す定数ｅｎｄ＿ＵＷよりの１だけ小さい値以上である場合は、チャネルを指定するための変数ｃの値が１だけインクリメントされ（ステップＳ２３０）、続いて、変数ｃの値が通信可能なチャネルの数以下であるかの判定、すなわち、、この実施の形態の場合は、変数ｃの値が３未満であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２３２）。
【０１０６】
変数ｃの値が通信可能なチャネルの数以下である場合は、処理はステップＳ２０４に復帰する。一方、ステップＳ２３２において、変数ｃの値が、通信可能なチャネル数を超える場合は、処理は次のステップＳ２４０に移行する。
【０１０７】
図６は、オフセット周波数推定装置１００の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【０１０８】
ステップＳ２３２において、チャネル数を表わす変数ｃの値が通信可能なチャネル数を超えていると判定された場合は、続いて両方のチャネルで通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２４０）。両方のチャネルで通信中である場合、すなわち、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている場合は、オフセット周波数θの値として、（θ［１］＋θ［２］）／２が代入される。すなわち、周波数オフセット値としては、２つのチャネルの周波数オフセット値の平均値が代入されることになる。
【０１０９】
この後、第１番目の周波数オフセット補正装置３０に与えられる推定値θ［１］の値として、平均値θが代入され（ステップＳ２４４）、第２の周波数オフセット補正装置３２に対して与えられる推定値θ［２］の値としても平均値θの値が代入される（ステップＳ２４６）。
【０１１０】
続いて、推定した周波数オフセット値によって、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２が受信ＩＱ信号の補正を行なう（ステップＳ２５０）。
【０１１１】
以上により、周波数オフセットの推定および補正処理が終了する（ステップＳ２５２）。
【０１１２】
一方、ステップＳ２４０において、両チャネルで通信中でない場合、すなわち、一方の通話チャネルにおいてのみ通話中であって、通常の通話ないし通信が行なわれている場合は、処理はステップＳ２５０に移行する。このときは、ステップＳ２５０では、通信中のチャネルのみに対して、第１の周波数オフセット計算機１０２または第２の周波数オフセット計算機１０４で算出された周波数オフセットの値が、対応する第１または第２の周波数オフセット補正装置３０および３２のいずれか一方に与えられる。
【０１１３】
すなわち、ＭＩＭＯ端末では、２つのチャネルで同じ搬送波を使用するため、第１ＴＣＨの周波数オフセット値と、第２ＴＣＨの周波数オフセット値は原理的には全く同じ値を有しているはずである。したがって、第１ＴＣＨの情報と、第２ＴＣＨの情報を用いてその平均値を得ることで、周波数オフセット推定を行なうことにより、推定精度を向上させることが可能となる。
【０１１４】
つまり、周波数オフセット推定装置１００は、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている期間中は、周波数オフセット値を、第１ＴＣＨの周波数オフセット値と、第２ＴＣＨ周波数オフセット値の平均値として、計算機１０６で算出された値を用いるのに対し、一方のチャネルのみで通信している場合は、通常のチャネルに対するオフセット値をそのまま出力する。
【０１１５】
以上のような構成とすることで、ＭＩＭＯ方式で通信中において、周波数オフセット推定装置１００における推定誤差を小さくすることが可能となる。
【０１１６】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２の周波数オフセット推定装置２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１１７】
周波数オフセット推定装置２００は、図３に示した周波数オフセット推定装置１００の代わりに用いることが可能なものである。
【０１１８】
ただし、実施の形態２においては、ＭＩＭＯ端末装置１０００は、実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成に加えて、さらに、復調器３４から、第１ＴＣＨの復調信号と第２ＴＣＨの復調信号とを受けて、それぞれの通話チャネルに対して、受信エラーの測定を行なう受信エラー測定器２１０を備えるものとする。
【０１１９】
図７に示した周波数オフセット推定装置２００においては、第１の周波数オフセット計算機１０２からの出力から与えられる第１のオフセットの値は、乗算器２０２において、重み係数ｗ１と乗算される。
【０１２０】
一方、第２の周波数オフセット計算機１０４から出力される第２のオフセット値は、第２の重み係数ｗ２と乗算器２０４により乗算される。
【０１２１】
乗算器２０２および２０４からの出力は、加算器２０６により加算されて、オフセット推定値として、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２にそれぞれ与えられる。
【０１２２】
ここで、上述した重み係数ｗ１およびｗ２は、受信エラー測定器２１０が各通話チャネルについて受信エラーの測定を行なった結果に基づいて、重み計算機２２０が計算する。
【０１２３】
より詳しく説明すると、図６に示した周波数オフセット推定装置２００においては、各通話チャネルについてそれぞれ算出された誤り率に基づいて、第１の周波数オフセット計算機１０２で計算されたオフセット値と第２の周波数オフセット計算機１０４で計算された第２のオフセット値とに対して、重み付けを行なった上で加算する処理が行なわれる。
【０１２４】
たとえば、第１チャネルのフレームエラーレート（ＦＥＲ）をｅ１とし、第２チャネルのフレームエラーレートＦＥＲをｅ２とした場合、以下の式で定められるように重み係数ｗ１およびｗ２を決定する。
【０１２５】
ｗ１＝（１−ｅ１）／｛（１−ｅ１）＋（１−ｅ２）｝
ｗ２＝（１−ｅ２）／｛（１−ｅ１）＋（１−ｅ２）｝…（４）
以上のような構成とすれば、より誤り率の低いチャネルで通信を行なっているチャネルについての周波数オフセット推定値が優先されて、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２に与えられる推定値が計算されることになる。したがって、より正確な周波数オフセット値の算出が可能となる。
【０１２６】
さらに、一方のチャネルのみで通信している場合は、通信していないチャネルのフレームエラーレートは１となるので、通信中のチャネルに対するオフセット値がそのまま出力されることになる。
【０１２７】
図８は、図７で説明した周波数オフセット推定装置２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２８】
図８を参照して、周波数オフセットの推定処理が開始されると、まず、図５において説明したのと同様の手続に従って、第１の通話チャネルに対する周波数オフセット推定値θ［１］および第２の通話チャネルに対応する周波数オフセットの推定値θ［２］の推定を行なう（ステップＳ３００）。
【０１２９】
続いて、受信エラー測定器２１０が、第１ＴＣＨおよび第２ＴＣＨのそれぞれについて、エラー情報の取得を行なう（ステップＳ３０２）。
【０１３０】
さらに、重み計算機２２０は、上述した重み係数の計算式に従って、重み係数ｗ１，ｗ２の計算を行なう（ステップＳ３０４）。
【０１３１】
続いて、乗算器２０２および２０４は、重み計算機２２０により算出された重み係数ｗ１およびｗ２を、周波数オフセット計算機１０２および１０４からのオフセット推定値θ［１］およびθ［２］に対してそれぞれ乗算することで、重み平均を行なった周波数オフセット推定値θを算出する（ステップＳ３０６）。
【０１３２】
以上のような計算により、まず、第１の周波数オフセット補正装置３０に対して与えられる第１の周波数オフセット推定値θ［１］に、重み平均θが設定され（ステップＳ３０８）、第２の周波数オフセット補正装置３２に対して与えられる周波数オフセット推定値θ［２］に対して、重み平均値θが設定される（ステップＳ３１０）。
【０１３３】
周波数オフセット補正装置３０および３２は、それぞれ推定した周波数オフセット値θによって受信ＩＱ信号を補正する（ステップＳ３１２）。
【０１３４】
以上により、周波数オフセットの推定および補正処理が終了する（ステップＳ３２０）。
【０１３５】
このような構成とすれば、より受信状態のよい通話チャネルの受信信号に基づいて、周波数オフセットの推定を行なうことができ、ＭＩＭＯ方式で通話中であっても、より高い精度で周波数オフセットの推定および補正を行なうことが可能となる。
【０１３６】
［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３の周波数オフセット推定装置３００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１３７】
周波数オフセット推定装置３００は、図３に示した周波数オフセット推定装置１００の代わりに用いることが可能なものである。
【０１３８】
図９および図３を参照して、周波数オフセット推定装置３００において、第１の周波数オフセット計算機１０２は、乗算器１２からのＩＱ信号１を受けて、周波数オフセットの推定を行なう。一方、第２の周波数オフセット計算機１０４は、乗算器１４からのＩＱ信号２を受けて、周波数オフセットの推定を行なう。
【０１３９】
周波数オフセット推定装置３００は、第２の周波数オフセット計算機１０４からの出力、特に、初期周波数オフセット値を受けて、第１の周波数オフセット計算機１０２に対して選択的に与えることが可能なスイッチ３０２と、第１の周波数オフセット計算機１０２の出力、特に初期周波数オフセット値を受けて、第２の周波数オフセット計算機１０４に対して選択的に与えることが可能なスイッチ３０４とを備える。
【０１４０】
ここで、まず、第１ＴＣＨで通話中ないし通信中であって、通常の通話ないし通信が行なわれているものとする。この状態に加えて、さらに、第２ＴＣＨを起動して、ＭＩＭＯ方式での通信を開始し、通話を行なう場合を考える。
【０１４１】
上述したとおり、第２ＴＣＨを起動したときには、この第２ＴＣＨの通信状態が安定するまでは、この第２のＴＣＨからの受信信号に基づいて推定される周波数オフセット値には誤差が大きな値となっている。
【０１４２】
ところが、図９に示すような構成とすることで、第２ＴＣＨを起動するとき、すなわち、最初の同期バースト受信の際の初期周波数オフセット値は、第１ＴＣＨの周波数オフセット値を用いることが可能となる。
【０１４３】
第１ＴＣＨの周波数オフセット推定値は、上述したとおりＭＩＭＯ方式では、本来第２のＴＣＨのオフセット値に近い値を有しているはずであり、この値を初期値として用いることで、推定値を速く収束させることが可能となる。
【０１４４】
図１０は、図９に示した周波数オフセット推定装置３００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１４５】
図１０を参照して、周波数オフセットの推定処理が開始されると（ステップＳ４００）、まず、チャネル１（第１ＴＣＨ）が通信中であるか否かの判定が行われる（ステップＳ４０２）。
【０１４６】
チャネル１で通信中である場合は、続いて、周波数オフセット値の初期推定値θinitの値が０に設定される（ステップＳ４０４）。
【０１４７】
さらに、チャネル１に対する受信ＩＱ信号Ｓ［１］から周波数オフセット初期値θinitの推定が行なわれる（ステップＳ４０６）。
【０１４８】
次に、チャネル１に対する受信ＩＱ信号Ｓ［１］とその参照信号から、周波数オフセットθ［１］を逐次的に推定する（ステップＳ４０８）。
【０１４９】
続いて、チャネル２（第２ＴＣＨ）が通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ４１０）。
【０１５０】
チャネル２でも通信中である場合、さらに、最初の同期バースト受信であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ４１２）。
【０１５１】
最初の同期バースト受信でない場合、チャネル２に対する受信ＩＱ信号Ｓ［２］から周波数オフセット初期値θinitの推定が行なわれる（ステップＳ４１４）。
【０１５２】
次に、チャネル２に対する受信ＩＱ信号Ｓ［２］とその参照信号から、周波数オフセットθ［２］を逐次的に推定する（ステップＳ４１６）。
【０１５３】
ここで、ステップＳ４１２において、最初の同期バースト受信である場合は、オフセット初期値θinitの値として、チャネル１に対する周波数オフセット推定値θ［１］の値が設定され、処理はステップＳ４１６に移行する。
【０１５４】
ステップＳ４１６の処理が終了するか、ステップＳ４０２において、チャネル１が通信中でない場合か、あるいはステップＳ４１０において、チャネル２が通信中でない場合は、さらに受信ＩＱ信号の補正が推定されたオフセット推定値に基づいて行なわれる（ステップＳ４１８）。
【０１５５】
以上の処理により、周波数オフセットの推定処理および周波数オフセットの補正処理が終了する（ステップＳ４２０）。
【０１５６】
以上のような処理を行なうことで、ＭＩＭＯ端末が一方の通話チャネルにおいて通話中である状態から、２つの通話チャネルを用いて、ＭＩＭＯ方式で通信を行なう状態に切換わる過渡状態においても、安定に周波数オフセットの推定を行なうことが可能となる。
【０１５７】
［実施の形態４］
以上の説明は、ＭＩＭＯ方式で通信を行なうことが可能な無線端末の構成について説明した。以下では、ＭＩＭＯ方式で通信を行なうことが可能な無線基地局の構成について説明する。
【０１５８】
図１１は、このようなＭＩＭＯ無線基地局３０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１５９】
図１１を参照して、ＭＩＭＯ基地局装置３０００は、外部との間で信号の送受信を行なうためのアンテナ♯１〜♯４と、無線基地局においての受信動作において、搬送波を再生して出力するための搬送波発振器３０１０と、アンテナ♯１〜♯４にそれぞれ対応して設けられ、アンテナ♯１〜♯４からの信号と、搬送波発振器３０１０の出力とを乗算するための乗算器３０２０．１〜３０２０．４と、乗算器３０２０．１〜３０２０．４の出力を受けて、通信中の端末からの信号の到来タイミングを検出するための同期処理装置３０３０と、同期処理装置３０３０からの出力に基づいて、アダプティブアレイ処理を行ない、所定の受信指向性をもって受信信号の分離を行なうためのアダプティブアレイ処理部３０４０と、同期処理装置３０３０から出力される各アンテナからのＩＱ信号に基づいて、各アンテナごとに、受信レベルを検出して、最大受信レベルのアンテナを選択し、４つのアンテナ♯１〜♯４のうち、最大の受信レベルを有するアンテナからの信号に基づいて、第１の空間パスの信号、すなわち、第１ＴＣＨ信号と、第２の空間パス、すなわち第２ＴＣＨ信号とを分離する最大受信レベルアンテナ選択部３０５０と、最大受信レベルアンテナ選択部３０５０により分離された第１ＴＣＨ信号および第２ＴＣＨ信号に基づいて、それぞれの通話チャネルについて、周波数オフセットを推定するための周波数オフセット推定装置３０６０と、周波数オフセット推定装置３０６０からの推定結果に基づいて、アダプティブアレイ処理部３０４０からの第１ＴＣＨ信号について、周波数オフセットの補正を行なう周波数オフセット補正装置３１００．１と、アダプティブアレイ処理部３０４０からの信号を受けて、周波数オフセット推定装置３０６０からの周波数オフセット推定値に応じて、周波数オフセットの補正を行なうための周波数オフセット補正装置３１００．２と、周波数オフセット補正装置３１００．１および３１００．２の出力を受けて、それぞれ通話チャネルに対する信号の復調処理を行なう復調器３１１０とを備える。
【０１６０】
なお、図１１に示したＭＩＭＯ基地局装置３０００においても、受信に必要な構成部のみを示し、たとえば、送信に必要な構成部分については図示省略している。
【０１６１】
次に、図１１の同期処理装置３０３０の動作について説明する。
図１２は、ＭＩＭＯ方式の無線端末ＰＳ１と無線基地局３０００との間で送受信される信号の処理タイミングを説明するための概念図である。
【０１６２】
まず、ＭＩＭＯ方式では、通常のＰＨＳ端末および基地局の構成と異なり、それぞれのチャネル（第１ＴＣＨと第２ＴＣＨ）で異なったユニークワードを使用する。
【０１６３】
したがって、受信信号のサンプルに対して２つのユニークワードを用いて相関同期をとれば、それぞれのユニークワードについて１つずつピークが現れ、２つの同期信号を得ることができる。
【０１６４】
図１２において、サンプルｒ０〜ｒ９は、それぞれ時系列的に受信される信号を所定のタイミングでサンプリングした信号である。また、図１２においては、第１ＴＣＨの同期タイミング（先頭信号の到来タイミング）がサンプルｒ２のタイミングであり、第２ＴＣＨの同期タイミングがサンプルｒ５のタイミングである。
【０１６５】
この信号が４倍オーバーサンプリングされる信号だとすると、第１ＴＣＨ同期信号は、｛ｒ２，ｒ６，ｒ１０，ｒ１４，ｒ１８，…｝の値となり、第２ＴＣＨ同期信号は、｛ｒ５，ｒ９，ｒ１３，ｒ１７，ｒ２１，…｝となる。
【０１６６】
仮に、第１ＴＣＨと第２ＴＣＨが全く同じ受信タイミングで受信されたとしても、それぞれ別のユニークワードＵＷを用いて周波数オフセット推定を行なうこととすれば、これら２つのチャネルのそれぞれについて、周波数オフセットを推定することが可能となる。
【０１６７】
以上のような構成とすることで、周波数オフセットの推定自体は、複数本あるアンテナ、たとえば４本のアンテナのうちから最大の受信レベルで受信している信号に基づいて、オフセット値の推定を行なうので、より高い精度で周波数オフセットの推定を行なうことが可能となる。
【０１６８】
しかも、周波数オフセット推定装置３０６０の構成は、実施の形態１や実施の形態２で説明した周波数オフセット推定装置１００または２００と同様の構成とすることができるので、実施の形態１または実施の形態２と同様に、正確に周波数オフセットの推定を行なうことができる。
【０１６９】
つまり、ＭＩＭＯ基地局で受信する信号第１ＴＣＨおよび第２ＴＣＨは、同じ端末から送信される信号であるため、周波数オフセットの値自体は原理的に同じ値を有しているものと推定される。
【０１７０】
したがって、端末装置の場合と同様に、２つのチャネル情報をもとに、周波数オフセットの推定を行なうことで、より高い精度で、周波数オフセットの推定値を得て、周波数オフセットの補正を行なうことが可能となる。
【０１７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１７２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行う際に、正確な周波数オフセットの推定と補償を行うことが可能になるので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図２】 図１に示した端末ＣＳ１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 本発明の実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図４】 図３に示した端末装置１０００中の周波数オフセット推定装置１００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図５】 図４で説明した周波数オフセット推定装置１００の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図６】 オフセット周波数推定装置１００の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態２の周波数オフセット推定装置２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図８】 図７で説明した周波数オフセット推定装置２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】 本発明の実施の形態３の周波数オフセット推定装置３００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図１０】 図９に示した周波数オフセット推定装置３００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 ＭＩＭＯ無線基地局３０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図１２】 ＭＩＭＯ方式の無線端末ＰＳ１と無線基地局３０００との間で送受信される信号の処理タイミングを説明するための概念図である。
【図１３】 周波数分割多重接続，時分割多重接続および空間多重分割接続の各種の通信システムにおけるチャネルの配置図である。
【図１４】 端末とＰＤＭＡ基地局との間で授受される信号の構成を説明するための概念図である。
【図１５】 ＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。
【図１６】 ＭＩＭＯ端末ＰＳ１と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で、ＭＩＭＯ方式の通信が行なわれている状態を示す概念図である。
【図１７】 周波数オフセットが通信品質に与える影響を説明するための概念図である。
【符号の説明】
♯１〜♯４ アンテナ、１０ 搬送波発振器、１２，１４ 乗算器、２０ 第１の周波数オフセット推定装置、２２ 第２の周波数オフセット推定装置、３０第１の周波数オフセット補正装置、３２ 第２の周波数オフセット補正装置、３４ 復調器、１００，２００，３００ 周波数オフセット推定装置、１０２，１０４ 周波数オフセット計算機、１０６ 計算機、２１０ 受信エラー測定器、２２０ 重み計算機、３０２，３０４ スイッチ、１０００ ＭＩＭＯ端末装置、３０００ ＭＩＭＯ基地局、３０１０ 搬送波発信器、３０２０．１〜３０２０．４ 乗算器、３０３０ 同期処理装置、３０４０ アダプティブアレイ処理部、３０５０ 最大受信レベルアンテナ選択部、３０６０ 周波数オフセット推定装置、３１００．１〜３１００．２ 周波数オフセット推定装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線装置、特に、１つの無線端末と無線基地局との間で空間分割により形成された複数のパスを介して多重通信することができる無線装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handyphone System：以下、ＰＨＳ）では、電波の周波数利用効率を高めるために、同一周波数の同一タイムスロットを空間的に分割することにより複数ユーザの移動端末装置を無線基地システムにパス多重接続させることができるＰＤＭＡ（Path Division Multiple Access）方式が提案されている。このＰＤＭＡ方式では、各ユーザの移動端末装置からの信号は、周知のアダプティブアレイ処理により分離抽出される。なお、ＰＤＭＡ方式は、また、ＳＤＭＡ方式（Spatial Division
Multiple Access）とも呼ばれる。
【０００３】
図１３は周波数分割多重接続（Frequency Division Multiple Access：ＦＤＭＡ），時分割多重接続（Time Division Multiple Access ：ＴＤＭＡ）および空間多重分割接続（Path Division Multiple Access：ＰＤＭＡ）の各種の通信システムにおけるチャネルの配置図である。
【０００４】
まず、図１３を参照して、ＦＤＭＡ，ＴＤＭＡおよびＰＤＭＡについて簡単に説明する。図１３（ａ）はＦＤＭＡを示す図であって、異なる周波数ｆ１〜ｆ４の電波でユーザ１〜４のアナログ信号が周波数分割されて伝送され、各ユーザ１〜４の信号は周波数フィルタによって分離される。 図１３（ｂ）に示すＴＤＭＡにおいては、各ユーザのデジタル化された信号が、異なる周波数ｆ１〜ｆ４の電波で、かつ一定の時間（タイムスロット）ごとに時分割されて伝送され、各ユーザの信号は周波数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同期とにより分離される。
【０００５】
一方、ＰＤＭＡ方式は、図１３（ｃ）に示すように、同じ周波数における１つのタイムスロットを空間的に分割して複数のユーザのデータを伝送するものである。このＰＤＭＡでは各ユーザの信号は周波数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同期とアダプティブアレイなどの相互干渉除去装置とを用いて分離される。
【０００６】
このようなアダプティブアレイ処理は周知の技術であり、たとえば、文献１：菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されている。「アダプティブアレイ処理」とは、端末からの受信信号に基づいて、基地局のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、所望の端末からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００７】
このようなアダプティブアレイ処理により、各ユーザ端末のアンテナからの上り信号は、基地局のアレイアンテナによって受信され、受信指向性を伴って分離抽出されるとともに、基地局から当該端末への下り信号は、端末のアンテナに対する送信指向性を伴ってアレイアンテナから送信される。
【０００８】
［ＰＨＳの通信方式］
ところで、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）の通信方式としては、送信受信のためのそれぞれ４スロット（１スロット：６２５μｓ）からなる１フレーム（５ｍｓ）を基本単位としたＴＤＭＡ方式が採用されている。このフレームの構成は、ＰＤＭＡ方式でも同様である。このようなＰＨＳの通信方式は、たとえば、「第２世代コードレス通話システム」として標準化がなされている。
【０００９】
図１４は、端末とＰＤＭＡ基地局との間で授受される信号の構成を説明するための概念図である。
【００１０】
１フレームの信号は８スロットに分割され、前半の４スロットがたとえば受信用であり後半の４スロットがたとえば送信用である。
【００１１】
各スロットは１２０シンボルから構成され、図１４に示した例では、１つの受信用および１つの送信用のスロットを１組として最大４ユーザに対して１フレームの信号を割当てることが可能である。ただし、一般には、１フレームの信号は、１つの受信用および１つの送信用のスロットを１組として３組のスロットが３ユーザに対する通話チャネルに、残りの１組のスロットが制御チャネル（コントロールチャネル）にそれぞれ割当てられている。
【００１２】
ここで、たとえば、ＰＤＭＡ基地局と２つのユーザ端末ＰＳ１，ＰＳ２が通信している場合、基地局での受信信号がＰＤＭＡ基地局のサービスを受けるものであるかの識別は、以下に説明するように行なわれる。
【００１３】
すなわち、携帯電話機の電波信号は上述のようなフレーム構成をとって伝達される。携帯電話機からのスロット信号は、大きくは、無線基地局にとって既知の信号系列からなる参照信号区間と、無線基地局にとって未知の信号系列からなるデータ（音声など）から構成されている。
【００１４】
参照信号区間の信号系列は、当該ユーザが無線基地局にとって通話すべき所望のユーザかどうかを見分けるための情報の信号列（ユニークワード信号）を含んでいる。
【００１５】
ＰＤＡＭ無線基地局は、メモリに格納しているユニークワード信号と、受信した信号系列との対比に基づいて、ユーザＰＳ１に対応する信号系列を含んでいると思われる信号を抽出するようにウエイトベクトル制御（重み係数の決定）を行なう。
【００１６】
また、各端末ＰＳ１，ＰＳ２からの信号は、両者を区別するために、一方の信号に対して、他方の信号は、所定の時間間隔だけ遅延した信号となっている。
【００１７】
さらに、各フレームについては、上述したユニークワード信号（参照信号）区間を含むとともに、巡回符号による誤り検出（ＣＲＣ：cyclic redundancy check）が可能な構成となっているものとする。
【００１８】
［ＰＨＳの通話確立処理］
ＰＨＳでは、同期確立の制御手順の際に、まず、制御チャネルによるリンクチャネルの確立が行われた後に、干渉波（Ｕ波：Undesired wave）測定処理を行ない、さらに割り当てられたチャネルにより通話条件の設定処理を行った後に通話が開始される。このような手順については、ＰＨＳの規格である第２世代コードレス通話システム標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−２８（発行：（社団法人）電波産業界）に詳しく開示されている。
【００１９】
図１５は、このようなＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。以下、図１５を参照して、簡単にその説明を行なう。
【００２０】
まずＰＨＳ端末からＣチャネル（コントロールチャネル：ＣＣＨ）を用いてリンクチャネル確立要求信号（ＬＣＨ確立要求信号）を基地局に対し送信する。ＰＨＳ基地局は、空きチャネル（空き通話チャネル：空きＴチャネル）を検出し（キャリアセンス）、Ｃチャネルを用いて空きＴチャネルを指定するリンクチャネル割当信号（ＬＣＨ割当信号）をＰＨＳ端末側に送信する。
【００２１】
ＰＨＳ端末側では、ＰＨＳ基地局から受信したリンクチャネル情報に基づき、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が受信されていないか測定（Ｕ波測定）し、一定のパワー以上の干渉波信号が検出されない場合、すなわち、他のＰＨＳ基地局がこの指定されたＴチャネルを使用していない場合には、指定されたＴチャネルを用いて同期バースト信号を基地局に送信し、基地局からも同期バースト信号を端末側に返信して同期確立を完了する。
【００２２】
一方、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が検出されていた場合、すなわち他のＰＨＳ基地局により使用中の場合には、ＰＨＳ端末は再度リンクチャネル確立要求信号から制御手順を繰返すことになる。
【００２３】
このようにして、ＰＨＳシステムにおいては、干渉波が小さく良好な通信特性が得られるチャネルを用いて、端末と基地局との間で通信チャネルの接続が行なわれている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
これ対し、複数のアンテナを有する１つの端末とＰＤＭＡ基地局との間で、同一周波数の複数の空間パスを介して多重通信するＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式（多入力多出力方式）が提案されている。
【００２５】
このようなＭＩＭＯ方式の通信技術については、西村他による「ＭＩＭＯチャネルでのＳＤＭＡ下り回線ビーム形成法」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−１１６，ＲＣＳ２００１−１５５の第２３頁から第３０頁）、富里他による「移動通信用ＭＩＭＯチャネル信号伝達における無線信号処理」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−９７，ＲＣＳ２００１−１３６の第４３頁から第４８頁）などに詳細に説明されている。
【００２６】
上述したようなＭＩＭＯ方式による無線端末と無線基地局との間の通信においては、上りの通信、すなわち、無線端末から無線基地局への通信においては、端末は複数のアンテナから異なる信号を送信する。基地局側では、上りマルチビームを形成し、空間分割受信した上で、異なるパスの信号を検波後に合成することにより、伝送速度を、たとえば倍増させることができる。
【００２７】
一方、下りの通信の場合、すなわち、無線基地局から無線端末への通信においては、基地局側では下りマルチビームを形成し、空間分割送信してパスごとに異なる信号を送信する。端末は、複数のアンテナに入力された異なる信号を受信し、検波後に合成することにより、伝送速度を、たとえば倍増させる。
【００２８】
図１６は、このようなＭＩＭＯ端末ＰＳ１と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で、ＭＩＭＯ方式の通信が行なわれている状態を示す概念図である。
【００２９】
上述したとおり、たとえば、４本のアンテナを有する基地局ＣＳ１は、このアンテナの指向性を２つの方向ＤＡおよびＤＢに向かわせることにより、２つの空間パスを経由して端末ＰＳ１から、基地局ＣＳ１に到達した信号を受信することができる。逆に、送信する場合は、方向ＤＡおよび方向ＤＢに対して送信指向性を向けることで、この２つの空間パスを経由して、信号を端末ＰＳ１に対して送信することが可能となる。一方、端末ＰＳ１においては、２本のアンテナを備え、この２つのアンテナから、異なる信号の送受信を行なう。
【００３０】
したがって、たとえば１つの空間パスにおける通信速度が３２ｋｂｐｓである場合は、２つの通信パスを多重することによって、合計６４ｋｂｐｓで端末ＰＳ１と基地局ＣＳ１との間で通信を行なうことが可能となる。
【００３１】
ところで、一般に、携帯電話等において送受信に用いられる変調方式としては、ＰＳＫ変調を基調とする変調方式のたとえばＱＰＳＫ変調等が用いられる。
【００３２】
ＰＳＫ変調では、搬送波に同期した信号を受信信号に積算することにより検波を行なう同期検波が一般的に行なわれる。
【００３３】
同期検波においては、変調波中心周波数に同期した複素共役搬送波を局部発振器により生成する。しかし、同期検波を行なう場合に、通常、送信側と受信側の発振器には「周波数オフセット」と呼ばれる周波数誤差が存在する。この誤差によって、受信機側においては受信信号をＩＱ平面状に表わした場合、受信信号点の位置が回転してしまうことになる。このため、周波数オフセットを補償しなければ同期検波を行なうことが困難である。
【００３４】
このような周波数オフセットは、上述したような送受信機の間の局部発振周波数の精度のみならず、設定誤差、温度変動、経時変化等により発生し、受信機に入力される信号にキャリア周波数成分が残留することにより、受信特性が急激に劣化してしまうという問題が生じる。
【００３５】
したがって、一般には、携帯電話機等においては、このような周波数オフセットを抑制する機構が存在する。
【００３６】
図１７は、このような周波数オフセットが通信品質に与える影響を説明するための概念図である。
【００３７】
図１７に示すとおり、送信側においては、ベースバンド信号Ｓ（ｔ）に対して、搬送波発振器ＯＳＣ１から出力されるコサイン波ｃｏｓ（ωaｔ）とを乗算器ＭＵＬ１で積算することで、送信信号を形成し、アンテナ♯ＡＮ１から信号の送信を行なう。
【００３８】
一方、受信側では、アンテナ♯ＡＮ２を介して受信した信号に対して、搬送波発振器ＯＳＣ２から出力されるコサイン波ｃｏｓ（ωbｔ）を乗算器ＭＵＬ２で積算し、ローパスフィルタＬＰＦを通過させることでベースバンド信号ｑ（ｔ）を抽出する。
【００３９】
すなわち、同期検波は受信信号と搬送波を乗算することによって、ベースバンド信号を抽出する検波方式である。以下、同期検波の基本動作をさらに説明する。
【００４０】
送信側で、信号Ｓ（ｔ）に搬送波ｃｏｓ（ωaｔ）を掛けて送信する。受信側で、受信信号Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（ωaｔ）に対して、再生した搬送波ｃｏｓ（ωbｔ）を掛けると、以下式が得られる。
【００４１】
Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（ωaｔ）ｃｏｓ（ωbｔ）＝１／２×Ｓ（ｔ）｛ｃｏｓ（ωa＋ωb）ｔ＋ｃｏｓ（ωa−ωb）ｔ｝…（１）
このとき、送信側と受信側の搬送周波数が同じ、すなわち、ωa＝ωbであるならば、上記式（１）は、以下のように変形される。
【００４２】
１／２｛Ｓ（ｔ）ｃｏｓ（２ωaｔ）＋Ｓ（ｔ）｝…（２）
上記式（２）における第１項はローパスフィルタＬＰＦによって除去可能であるため、結局ローパスフィルタ通過後の出力ｑ（ｔ）は、以下の式で表わされる。
【００４３】
ｑ（ｔ）＝１／２×Ｓ（ｔ）…（３）
したがって、信号Ｓ（ｔ）を抽出することができる。これが同期検波の基本動作である。
【００４４】
しかし、送信側と受信側で搬送波周波数にずれ（周波数オフセット）が存在すると、信号ｑ（ｔ）は、信号Ｓ（ｔ）を必ずしも正確に反映した信号でなくなる。このため、受信側での誤り率が増加してしまう。
【００４５】
一般的には、ωa＝ωbは成立しないので、周波数オフセットの推定を行なった上で、それを補正することが必要となる。
【００４６】
周波数オフセットの推定方法としては、たとえばＰＨＳシステムなどにおいては、ユニークワードなどの既知の信号区間において、受信信号と参照信号の位相差を求めることにより、逐次的に周波数オフセットを推定する方法がある。
【００４７】
このような周波数オフセットの推定と補償の方法については、特開２００１−２８５１６１号公報（発明の名称：無線装置、出願人：三洋電機株式会社）に開示されている。
【００４８】
しかしながら、このような周波数オフセットの補正および抑制を、上述したようなＭＩＭＯ方式における端末装置においては、どのような周波数オフセットを行なうのが妥当であるかが明確でないという問題点があった。
【００４９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ＭＩＭＯ方式で信号の送受信を行なう端末装置において、周波数オフセットを補償するための構成を備えた、無線装置を提供することである。
【００５０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の通話チャネルのうち、１つの通話チャネルで通信が行われている場合、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット推定値を算出し、前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット補正を行う。
【００５１】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記複数のアンテナごとの受信エラーを検出する受信エラー検出手段をさらに備え、前記１つの周波数オフセット推定値は、前記複数の通話チャネルの信号についての周波数オフセットについての、前記受信エラーに基づく重み付け平均値である。
【００５２】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、前記複数の乗算手段からの信号を受けて、最大レベルの信号を出力する乗算手段を選択し、前記複数の通話チャンネルの信号を分離する選択手段をさらに備え、前記周波数オフセット推定手段は、前記選択手段からの信号に対して周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出し、前記複数の乗算手段からの信号に対して、アダプティブアレイ処理を行うためのアダプティブアレイ処理部をさらに備え、前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記アダプティブアレイ処理部からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う。
【００５３】
また、本発明は、単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、複数のアンテナと、同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定手段とを備え、前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の乗算手段にそれぞれ対応する複数の周波数オフセット推定器と、前記複数の乗算手段のうちの所定数の乗算手段からの信号を用いて、通信を行う状態から、前記所定数よりも多い乗算手段からの信号を用いて通信を行う状態に移行する際に、すでに通信中であった乗算手段に対応する周波数オフセット推定器の出力を、新たに通信を開始する乗算手段に対応する周波数オフセット推定器に初期値として与えるための切換手段とを含み、前記初期値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備える。
【００５７】
したがって、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行う際に、正確な周波数オフセットの推定と補償を行うことが可能になるので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００５９】
［実施の形態１］
［独立した系統で周波数オフセットを補正する構成］
以下、本発明のＭＩＭＯ端末の構成について説明する前提として、図１６で説明したように、たとえば、２つのアンテナを有するＭＩＭＯ端末ＣＳ１が、各アンテナごとに周波数オフセットの推定および補正を行なう場合の、構成および動作について簡単に説明する。
【００６０】
図１は、このようなＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００６１】
ＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１は、第１の通話チャネル（以下、「第１ＴＣＨ」と呼ぶ）の信号を送受信するためのアンテナ♯１と、第２の通話チャネル（以下、「第２ＴＣＨ」と呼ぶ）の信号を送受信するためのアンテナ♯２と、同期検波のために、搬送波を再生して出力するための搬送波発振器１０と、アンテナ♯１からの信号と、搬送波発振器からの出力とを乗算するための乗算器１２と、アンテナ♯２からの信号と、搬送波発振器１０からの出力とを乗算するための乗算器１４と、乗算器１２の出力を受けて、周波数オフセット値を推定するための第１の周波数オフセット推定装置２０と、乗算器１４からの信号を受けて、周波数オフセット値の推定を行なうための第２の周波数オフセット推定装置２２と、乗算器１２からの信号を受けて、周波数オフセット推定装置２０からの第１の推定値に基づいて、周波数オフセットの補正処理を行なう第１の周波数オフセット補正装置３０と、乗算器１４からの出力を受けて、第２の周波数オフセット推定装置２２からの第２の推定値に基づいて、周波数オフセットの補正処理を行なう第２の周波数オフセット補正装置３２と、周波数オフセッ補正装置３０および３２の出力を受けて、復調処理を行ない、ベースバンド信号を抽出するための復調器３４とを備える。
【００６２】
なお、ＭＩＭＯ方式では、第１ＴＣＨと第２ＴＣＨとは、同一のタイムスロットに対応する異なる空間パスからの信号とすることができる。
【００６３】
以下では、乗算器１２または乗算器１４から出力される信号をコンスタレーション平面状の信号であるという意味で、「ＩＱ信号」と呼ぶことにする。また、特に、乗算器１２から出力される信号と乗算器１４から出力される信号とを区別する必要があるときは、それぞれ「ＩＱ信号１」および「ＩＱ信号２」と呼ぶことにする。
【００６４】
なお、端末ＣＳ１の構成中、図１においては、信号を受信して復調するまでの処理において必要な部分のみを抽出して示しており、実際には、たとえば、端末ＣＳ１が携帯電話機である場合は、通話を行なうための音声の変換のための構成や、ユーザインターフェイスや、さらには、信号送信のための構成等が存在するが、図１においては図示省略している。
【００６５】
また、説明の簡単のために、アンテナは２本としているが、より本数は多くてもよい。この場合は、より多くの通話チャネルを用いて、ＭＩＭＯ方式の送受信を行うことが可能になる。
【００６６】
図２は、図１に示した端末ＣＳ１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
図１および図２を参照して、受信処理が開始されると（ステップＳ１００）
まず、処理対象となるチャネルを特定するための変数ｃの値が１に初期設定される（ステップＳ１０２）。
【００６８】
続いて、チャネルｃが通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ１０４）。
【００６９】
チャネルｃが通信中である場合は、次に、オフセット初期値θinitの値を０に設定する（ステップＳ１０６）。
【００７０】
続いて、チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］から周波数オフセット初期値θinitを推定する（ステップＳ１０８）。
【００７１】
続いて、チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］とその参照信号から、周波数オフセットθ［ｃ］を逐次的に推定する（ステップＳ１１０）。
【００７２】
チャネルｃに対する受信ＩＱ信号Ｓ［ｃ］を、推定したオフセット値θ［ｃ］により補正する（ステップＳ１１２）。
【００７３】
続いて、変数ｃの値が１だけインクリメントされる（ステップＳ１１４）。その上で、変数ｃの値が通話中のチャネル数以下であるか、言い換えると、図１に示した構成では、ｃの値が３未満であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１１６）。
【００７４】
変数ｃの値がチャネル数に満たない場合は、さらに、処理はステップＳ１０４に復帰する。
【００７５】
一方、変数ｃの値が通話中のチャネル数を超える場合は、処理は終了する（ステップＳ１２０）。
【００７６】
なお、ステップＳ１０４において、チャネルｃが通話中でない場合は（ステップＳ１０４）、処理はステップＳ１１４に移行する。
【００７７】
以上のような構成とすることで、ＭＩＭＯ方式での信号の送受信が可能な端末ＣＳ１において、周波数オフセットを推定して、各チャネルごとに受信した信号の補正を行なうこと自体は可能となる。
【００７８】
しかしながら、図１および図２で説明したような端末ＣＳ１の構成では、アンテナ♯１で通信中の第１ＴＣＨと、アンテナ♯２で通信中の第２のＴＣＨで別々に周波数オフセットの推定を行なうことになる。このため、受信エラーなどによって、一方の推定誤差が大きくなったとしても、その誤差を補正することができないという問題がある。
【００７９】
さらに、第２ＴＣＨ起動時の推定誤差が大きくなるため、受信エラーが発生しやすいという問題がある。
【００８０】
［本発明に係るＭＩＭＯ端末装置の構成］
本発明に係るＭＩＭＯ端末装置では、上述したような図１に示した端末装置ＣＳ１の問題点を解決する構成を提供する。
【００８１】
図３は、本発明の実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８２】
なお、図３においても、たとえば、端末装置１０００が携帯電話機等である場合に必要とされる音声変換のための構成や、ユーザインターフェイスや、送信のための構成等は図示省略されている。
【００８３】
なお、本発明は、必ずしもこのような携帯電話機に限定されるものではなく、たとえば、パーソナルコンピュータのＰＣカードスロットに挿入されて、ＭＩＭＯ方式で送受信を行なうための無線装置や、あるいはパーソナルコンピュータ等の機器内に、予め作り込まれた構成として、ＭＩＭＯ方式の通信を実現する無線装置に適用されてもよい。
【００８４】
図３を参照して、図３に示した端末装置１０００の構成が、図１に示した端末装置ＣＳ１の構成と異なる点は、以下のとおりである。
【００８５】
すなわち、図３に示した端末装置１０００では、乗算器１２の出力と乗算器１４の出力とを、２つの信号伝達系統に対して共通に設けられた周波数オフセット推定装置１００が受けて、周波数オフセット推定装置１００が、第１の周波数オフセット補正装置３０および第２の周波数オフセット補正装置３２に対して、周波数オフセットの推定値をそれぞれ与える構成となっている点である。
【００８６】
その他の構成は、図１に示した端末装置ＣＳ１の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００８７】
図４は、図３に示した端末装置１０００中の周波数オフセット推定装置１００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８８】
図４を参照して、周波数オフセット推定装置１００は、乗算器１２からのＩＱ信号１を受け、周波数オフセットの計算を行なう周波数オフセット計算機１０２と、乗算器１４からのＩＱ信号２を受けて、周波数オフセットを算出するための周波数オフセット計算機１０４と、周波数オフセット計算機１０２および１０４からの出力を受けて、両者のオフセット値の平均値である周波数オフセット推定値θを計算するための計算機１０６と、計算機１０６の出力と、周波数オフセット計算機１０２の出力とを受けて、一方を選択的に出力するためのスイッチ１０８と、計算機１０６の出力と、周波数オフセット計算機１０４の出力を受けて、一方を選択的に出力するためのスイッチ１１０とを備える。
【００８９】
後に説明するように、スイッチ１０８は、両チャネルとも通信中であって、ＭＩＭＯ方式での通信を行なっている場合は、計算機１０６の出力を、第１ＴＣＨのみでの通話が行なわれている場合は、周波数オフセット計算機１０２の出力を選択して出力する。
【００９０】
同様にして、スイッチ１１０は、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている場合は、計算機１０６からの出力を、第２ＴＣＨでの通話が行なわれている場合は、周波数オフセット計算機１０４からの出力を選択して出力する。
【００９１】
図５は、図４で説明した周波数オフセット推定装置１００の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【００９２】
まず、上述した参照信号区間の信号系列は、プリアンブル信号区間と、これに続くユニークワード区間とを含むものとする。
【００９３】
図５の処理を簡単に説明すると、周波数オフセットの初期値の推定を行なう場合は、プリアンブル信号区間は特定の信号の繰返しであることを利用する。つまり、周波数オフセットがない場合は、あるシンボルと所定のシンボル後の信号、たとえば、８シンボル後のシンボルの位相が一致することになる。この特性により、初期値の推定を行なっている。
【００９４】
一方、プリアンブル区間後のユニークワード区間での周波数オフセット値の推定においては、周波数オフセットがない場合は、受信信号のシンボルと参照信号（ＰＲ，ＵＷ）のシンボルの位相は一致するはずである。この特性により、周波数オフセットの推定を行なっている。
【００９５】
図５を参照して、オフセット推定処理が開始されると（ステップＳ２００）、通話チャネルを特定するための変数ｃの値が１に設定される（ステップＳ２０２）。
【００９６】
続いて、チャネルｃが通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２０４）。
【００９７】
チャネルｃが通信中である場合、オフセット周波数の初期値θinitが０に設定され、一方、プリアンブル部の先頭シンボルであることを示す定数ｓｔａｒｔ＿ＰＲに変数ｓが設定される（ステップＳ２０６）。
【００９８】
続いて、変数ｓの値がプリアンブル部の終端シンボルを示す値ｅｎｄ＿ＰＲから７を引いた値（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）よりも小さいか否かの判定が行なわれる。
【００９９】
変数ｓの値が、（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）という値よりも小さい場合は、ｓ番目の受信シンボルと、ｓ＋８番目の受信シンボルの位相差Δθ1を計算する（ステップＳ２１０）。続いて、変数ｓの値が１だけインクリメントされて（ステップＳ２１２）、処理はステップ２０８に復帰する。
【０１００】
一方、ステップＳ２０８において、変数ｓの値が（ｅｎｄ＿ＰＲ−７）という値以上である場合は、オフセット周波数の初期値θinitの値が、位相差Δθ1の平均値の値に設定される。一方、変数ｓは、再び、プリアンブル部先頭シンボルの位置を示す定数ｓｔａｒｔ＿ＰＲの値に設定される。さらに、チャネルｃについての周波数オフセット推定値θ［ｃ］の値として、初期値θinitが設定される（ステップＳ２２０）。
【０１０１】
次に、変数ｓの値が、ユニークワード部終端シンボルの位置を示す定数ｅｎｄ＿ＵＷ−１よりも小さいか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２２２）。
【０１０２】
変数ｓの値が、ユニークワード部終端シンボルの位置を示す値（ｅｎｄ＿ＵＷ）よりも１だけ小さい値（ｅｎｄ＿ＵＷ−１）の値よりも小さい場合は、ｓ番目の受信シンボルの位相から、チャネルｃについての周波数オフセットθ［ｃ］の位相回転分と初期値θinitの位相（初期位相）とを引いた値と、ｓ番目の参照信号シンボルとの位相差Δθ2の計算が行なわれる（ステップＳ２２４）。
【０１０３】
次に、チャネルｃについての周波数オフセット推定値θ［ｃ］の値として、θ［ｃ］に、所定のステップ係数μｓｔｅｐにΔθ2の値を掛けた値を加えたものが代入される（ステップＳ２２６）。
【０１０４】
続いて、変数ｓの値が１だけインクリメントされて（ステップＳ２２８）、処理はステップＳ２２２に復帰する。
【０１０５】
一方、ステップＳ２２２において、変数ｓの値が、ユニークワード終端シンボルの位置を示す定数ｅｎｄ＿ＵＷよりの１だけ小さい値以上である場合は、チャネルを指定するための変数ｃの値が１だけインクリメントされ（ステップＳ２３０）、続いて、変数ｃの値が通信可能なチャネルの数以下であるかの判定、すなわち、、この実施の形態の場合は、変数ｃの値が３未満であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２３２）。
【０１０６】
変数ｃの値が通信可能なチャネルの数以下である場合は、処理はステップＳ２０４に復帰する。一方、ステップＳ２３２において、変数ｃの値が、通信可能なチャネル数を超える場合は、処理は次のステップＳ２４０に移行する。
【０１０７】
図６は、オフセット周波数推定装置１００の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【０１０８】
ステップＳ２３２において、チャネル数を表わす変数ｃの値が通信可能なチャネル数を超えていると判定された場合は、続いて両方のチャネルで通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２４０）。両方のチャネルで通信中である場合、すなわち、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている場合は、オフセット周波数θの値として、（θ［１］＋θ［２］）／２が代入される。すなわち、周波数オフセット値としては、２つのチャネルの周波数オフセット値の平均値が代入されることになる。
【０１０９】
この後、第１番目の周波数オフセット補正装置３０に与えられる推定値θ［１］の値として、平均値θが代入され（ステップＳ２４４）、第２の周波数オフセット補正装置３２に対して与えられる推定値θ［２］の値としても平均値θの値が代入される（ステップＳ２４６）。
【０１１０】
続いて、推定した周波数オフセット値によって、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２が受信ＩＱ信号の補正を行なう（ステップＳ２５０）。
【０１１１】
以上により、周波数オフセットの推定および補正処理が終了する（ステップＳ２５２）。
【０１１２】
一方、ステップＳ２４０において、両チャネルで通信中でない場合、すなわち、一方の通話チャネルにおいてのみ通話中であって、通常の通話ないし通信が行なわれている場合は、処理はステップＳ２５０に移行する。このときは、ステップＳ２５０では、通信中のチャネルのみに対して、第１の周波数オフセット計算機１０２または第２の周波数オフセット計算機１０４で算出された周波数オフセットの値が、対応する第１または第２の周波数オフセット補正装置３０および３２のいずれか一方に与えられる。
【０１１３】
すなわち、ＭＩＭＯ端末では、２つのチャネルで同じ搬送波を使用するため、第１ＴＣＨの周波数オフセット値と、第２ＴＣＨの周波数オフセット値は原理的には全く同じ値を有しているはずである。したがって、第１ＴＣＨの情報と、第２ＴＣＨの情報を用いてその平均値を得ることで、周波数オフセット推定を行なうことにより、推定精度を向上させることが可能となる。
【０１１４】
つまり、周波数オフセット推定装置１００は、ＭＩＭＯ方式での通信が行なわれている期間中は、周波数オフセット値を、第１ＴＣＨの周波数オフセット値と、第２ＴＣＨ周波数オフセット値の平均値として、計算機１０６で算出された値を用いるのに対し、一方のチャネルのみで通信している場合は、通常のチャネルに対するオフセット値をそのまま出力する。
【０１１５】
以上のような構成とすることで、ＭＩＭＯ方式で通信中において、周波数オフセット推定装置１００における推定誤差を小さくすることが可能となる。
【０１１６】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２の周波数オフセット推定装置２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１１７】
周波数オフセット推定装置２００は、図３に示した周波数オフセット推定装置１００の代わりに用いることが可能なものである。
【０１１８】
ただし、実施の形態２においては、ＭＩＭＯ端末装置１０００は、実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成に加えて、さらに、復調器３４から、第１ＴＣＨの復調信号と第２ＴＣＨの復調信号とを受けて、それぞれの通話チャネルに対して、受信エラーの測定を行なう受信エラー測定器２１０を備えるものとする。
【０１１９】
図７に示した周波数オフセット推定装置２００においては、第１の周波数オフセット計算機１０２からの出力から与えられる第１のオフセットの値は、乗算器２０２において、重み係数ｗ１と乗算される。
【０１２０】
一方、第２の周波数オフセット計算機１０４から出力される第２のオフセット値は、第２の重み係数ｗ２と乗算器２０４により乗算される。
【０１２１】
乗算器２０２および２０４からの出力は、加算器２０６により加算されて、オフセット推定値として、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２にそれぞれ与えられる。
【０１２２】
ここで、上述した重み係数ｗ１およびｗ２は、受信エラー測定器２１０が各通話チャネルについて受信エラーの測定を行なった結果に基づいて、重み計算機２２０が計算する。
【０１２３】
より詳しく説明すると、図６に示した周波数オフセット推定装置２００においては、各通話チャネルについてそれぞれ算出された誤り率に基づいて、第１の周波数オフセット計算機１０２で計算されたオフセット値と第２の周波数オフセット計算機１０４で計算された第２のオフセット値とに対して、重み付けを行なった上で加算する処理が行なわれる。
【０１２４】
たとえば、第１チャネルのフレームエラーレート（ＦＥＲ）をｅ１とし、第２チャネルのフレームエラーレートＦＥＲをｅ２とした場合、以下の式で定められるように重み係数ｗ１およびｗ２を決定する。
【０１２５】
ｗ１＝（１−ｅ１）／｛（１−ｅ１）＋（１−ｅ２）｝
ｗ２＝（１−ｅ２）／｛（１−ｅ１）＋（１−ｅ２）｝…（４）
以上のような構成とすれば、より誤り率の低いチャネルで通信を行なっているチャネルについての周波数オフセット推定値が優先されて、第１および第２の周波数オフセット補正装置３０および３２に与えられる推定値が計算されることになる。したがって、より正確な周波数オフセット値の算出が可能となる。
【０１２６】
さらに、一方のチャネルのみで通信している場合は、通信していないチャネルのフレームエラーレートは１となるので、通信中のチャネルに対するオフセット値がそのまま出力されることになる。
【０１２７】
図８は、図７で説明した周波数オフセット推定装置２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２８】
図８を参照して、周波数オフセットの推定処理が開始されると、まず、図５において説明したのと同様の手続に従って、第１の通話チャネルに対する周波数オフセット推定値θ［１］および第２の通話チャネルに対応する周波数オフセットの推定値θ［２］の推定を行なう（ステップＳ３００）。
【０１２９】
続いて、受信エラー測定器２１０が、第１ＴＣＨおよび第２ＴＣＨのそれぞれについて、エラー情報の取得を行なう（ステップＳ３０２）。
【０１３０】
さらに、重み計算機２２０は、上述した重み係数の計算式に従って、重み係数ｗ１，ｗ２の計算を行なう（ステップＳ３０４）。
【０１３１】
続いて、乗算器２０２および２０４は、重み計算機２２０により算出された重み係数ｗ１およびｗ２を、周波数オフセット計算機１０２および１０４からのオフセット推定値θ［１］およびθ［２］に対してそれぞれ乗算することで、重み平均を行なった周波数オフセット推定値θを算出する（ステップＳ３０６）。
【０１３２】
以上のような計算により、まず、第１の周波数オフセット補正装置３０に対して与えられる第１の周波数オフセット推定値θ［１］に、重み平均θが設定され（ステップＳ３０８）、第２の周波数オフセット補正装置３２に対して与えられる周波数オフセット推定値θ［２］に対して、重み平均値θが設定される（ステップＳ３１０）。
【０１３３】
周波数オフセット補正装置３０および３２は、それぞれ推定した周波数オフセット値θによって受信ＩＱ信号を補正する（ステップＳ３１２）。
【０１３４】
以上により、周波数オフセットの推定および補正処理が終了する（ステップＳ３２０）。
【０１３５】
このような構成とすれば、より受信状態のよい通話チャネルの受信信号に基づいて、周波数オフセットの推定を行なうことができ、ＭＩＭＯ方式で通話中であっても、より高い精度で周波数オフセットの推定および補正を行なうことが可能となる。
【０１３６】
［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３の周波数オフセット推定装置３００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１３７】
周波数オフセット推定装置３００は、図３に示した周波数オフセット推定装置１００の代わりに用いることが可能なものである。
【０１３８】
図９および図３を参照して、周波数オフセット推定装置３００において、第１の周波数オフセット計算機１０２は、乗算器１２からのＩＱ信号１を受けて、周波数オフセットの推定を行なう。一方、第２の周波数オフセット計算機１０４は、乗算器１４からのＩＱ信号２を受けて、周波数オフセットの推定を行なう。
【０１３９】
周波数オフセット推定装置３００は、第２の周波数オフセット計算機１０４からの出力、特に、初期周波数オフセット値を受けて、第１の周波数オフセット計算機１０２に対して選択的に与えることが可能なスイッチ３０２と、第１の周波数オフセット計算機１０２の出力、特に初期周波数オフセット値を受けて、第２の周波数オフセット計算機１０４に対して選択的に与えることが可能なスイッチ３０４とを備える。
【０１４０】
ここで、まず、第１ＴＣＨで通話中ないし通信中であって、通常の通話ないし通信が行なわれているものとする。この状態に加えて、さらに、第２ＴＣＨを起動して、ＭＩＭＯ方式での通信を開始し、通話を行なう場合を考える。
【０１４１】
上述したとおり、第２ＴＣＨを起動したときには、この第２ＴＣＨの通信状態が安定するまでは、この第２のＴＣＨからの受信信号に基づいて推定される周波数オフセット値には誤差が大きな値となっている。
【０１４２】
ところが、図９に示すような構成とすることで、第２ＴＣＨを起動するとき、すなわち、最初の同期バースト受信の際の初期周波数オフセット値は、第１ＴＣＨの周波数オフセット値を用いることが可能となる。
【０１４３】
第１ＴＣＨの周波数オフセット推定値は、上述したとおりＭＩＭＯ方式では、本来第２のＴＣＨのオフセット値に近い値を有しているはずであり、この値を初期値として用いることで、推定値を速く収束させることが可能となる。
【０１４４】
図１０は、図９に示した周波数オフセット推定装置３００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１４５】
図１０を参照して、周波数オフセットの推定処理が開始されると（ステップＳ４００）、まず、チャネル１（第１ＴＣＨ）が通信中であるか否かの判定が行われる（ステップＳ４０２）。
【０１４６】
チャネル１で通信中である場合は、続いて、周波数オフセット値の初期推定値θinitの値が０に設定される（ステップＳ４０４）。
【０１４７】
さらに、チャネル１に対する受信ＩＱ信号Ｓ［１］から周波数オフセット初期値θinitの推定が行なわれる（ステップＳ４０６）。
【０１４８】
次に、チャネル１に対する受信ＩＱ信号Ｓ［１］とその参照信号から、周波数オフセットθ［１］を逐次的に推定する（ステップＳ４０８）。
【０１４９】
続いて、チャネル２（第２ＴＣＨ）が通信中であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ４１０）。
【０１５０】
チャネル２でも通信中である場合、さらに、最初の同期バースト受信であるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ４１２）。
【０１５１】
最初の同期バースト受信でない場合、チャネル２に対する受信ＩＱ信号Ｓ［２］から周波数オフセット初期値θinitの推定が行なわれる（ステップＳ４１４）。
【０１５２】
次に、チャネル２に対する受信ＩＱ信号Ｓ［２］とその参照信号から、周波数オフセットθ［２］を逐次的に推定する（ステップＳ４１６）。
【０１５３】
ここで、ステップＳ４１２において、最初の同期バースト受信である場合は、オフセット初期値θinitの値として、チャネル１に対する周波数オフセット推定値θ［１］の値が設定され、処理はステップＳ４１６に移行する。
【０１５４】
ステップＳ４１６の処理が終了するか、ステップＳ４０２において、チャネル１が通信中でない場合か、あるいはステップＳ４１０において、チャネル２が通信中でない場合は、さらに受信ＩＱ信号の補正が推定されたオフセット推定値に基づいて行なわれる（ステップＳ４１８）。
【０１５５】
以上の処理により、周波数オフセットの推定処理および周波数オフセットの補正処理が終了する（ステップＳ４２０）。
【０１５６】
以上のような処理を行なうことで、ＭＩＭＯ端末が一方の通話チャネルにおいて通話中である状態から、２つの通話チャネルを用いて、ＭＩＭＯ方式で通信を行なう状態に切換わる過渡状態においても、安定に周波数オフセットの推定を行なうことが可能となる。
【０１５７】
［実施の形態４］
以上の説明は、ＭＩＭＯ方式で通信を行なうことが可能な無線端末の構成について説明した。以下では、ＭＩＭＯ方式で通信を行なうことが可能な無線基地局の構成について説明する。
【０１５８】
図１１は、このようなＭＩＭＯ無線基地局３０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１５９】
図１１を参照して、ＭＩＭＯ基地局装置３０００は、外部との間で信号の送受信を行なうためのアンテナ♯１〜♯４と、無線基地局においての受信動作において、搬送波を再生して出力するための搬送波発振器３０１０と、アンテナ♯１〜♯４にそれぞれ対応して設けられ、アンテナ♯１〜♯４からの信号と、搬送波発振器３０１０の出力とを乗算するための乗算器３０２０．１〜３０２０．４と、乗算器３０２０．１〜３０２０．４の出力を受けて、通信中の端末からの信号の到来タイミングを検出するための同期処理装置３０３０と、同期処理装置３０３０からの出力に基づいて、アダプティブアレイ処理を行ない、所定の受信指向性をもって受信信号の分離を行なうためのアダプティブアレイ処理部３０４０と、同期処理装置３０３０から出力される各アンテナからのＩＱ信号に基づいて、各アンテナごとに、受信レベルを検出して、最大受信レベルのアンテナを選択し、４つのアンテナ♯１〜♯４のうち、最大の受信レベルを有するアンテナからの信号に基づいて、第１の空間パスの信号、すなわち、第１ＴＣＨ信号と、第２の空間パス、すなわち第２ＴＣＨ信号とを分離する最大受信レベルアンテナ選択部３０５０と、最大受信レベルアンテナ選択部３０５０により分離された第１ＴＣＨ信号および第２ＴＣＨ信号に基づいて、それぞれの通話チャネルについて、周波数オフセットを推定するための周波数オフセット推定装置３０６０と、周波数オフセット推定装置３０６０からの推定結果に基づいて、アダプティブアレイ処理部３０４０からの第１ＴＣＨ信号について、周波数オフセットの補正を行なう周波数オフセット補正装置３１００．１と、アダプティブアレイ処理部３０４０からの信号を受けて、周波数オフセット推定装置３０６０からの周波数オフセット推定値に応じて、周波数オフセットの補正を行なうための周波数オフセット補正装置３１００．２と、周波数オフセット補正装置３１００．１および３１００．２の出力を受けて、それぞれ通話チャネルに対する信号の復調処理を行なう復調器３１１０とを備える。
【０１６０】
なお、図１１に示したＭＩＭＯ基地局装置３０００においても、受信に必要な構成部のみを示し、たとえば、送信に必要な構成部分については図示省略している。
【０１６１】
次に、図１１の同期処理装置３０３０の動作について説明する。
図１２は、ＭＩＭＯ方式の無線端末ＰＳ１と無線基地局３０００との間で送受信される信号の処理タイミングを説明するための概念図である。
【０１６２】
まず、ＭＩＭＯ方式では、通常のＰＨＳ端末および基地局の構成と異なり、それぞれのチャネル（第１ＴＣＨと第２ＴＣＨ）で異なったユニークワードを使用する。
【０１６３】
したがって、受信信号のサンプルに対して２つのユニークワードを用いて相関同期をとれば、それぞれのユニークワードについて１つずつピークが現れ、２つの同期信号を得ることができる。
【０１６４】
図１２において、サンプルｒ０〜ｒ９は、それぞれ時系列的に受信される信号を所定のタイミングでサンプリングした信号である。また、図１２においては、第１ＴＣＨの同期タイミング（先頭信号の到来タイミング）がサンプルｒ２のタイミングであり、第２ＴＣＨの同期タイミングがサンプルｒ５のタイミングである。
【０１６５】
この信号が４倍オーバーサンプリングされる信号だとすると、第１ＴＣＨ同期信号は、｛ｒ２，ｒ６，ｒ１０，ｒ１４，ｒ１８，…｝の値となり、第２ＴＣＨ同期信号は、｛ｒ５，ｒ９，ｒ１３，ｒ１７，ｒ２１，…｝となる。
【０１６６】
仮に、第１ＴＣＨと第２ＴＣＨが全く同じ受信タイミングで受信されたとしても、それぞれ別のユニークワードＵＷを用いて周波数オフセット推定を行なうこととすれば、これら２つのチャネルのそれぞれについて、周波数オフセットを推定することが可能となる。
【０１６７】
以上のような構成とすることで、周波数オフセットの推定自体は、複数本あるアンテナ、たとえば４本のアンテナのうちから最大の受信レベルで受信している信号に基づいて、オフセット値の推定を行なうので、より高い精度で周波数オフセットの推定を行なうことが可能となる。
【０１６８】
しかも、周波数オフセット推定装置３０６０の構成は、実施の形態１や実施の形態２で説明した周波数オフセット推定装置１００または２００と同様の構成とすることができるので、実施の形態１または実施の形態２と同様に、正確に周波数オフセットの推定を行なうことができる。
【０１６９】
つまり、ＭＩＭＯ基地局で受信する信号第１ＴＣＨおよび第２ＴＣＨは、同じ端末から送信される信号であるため、周波数オフセットの値自体は原理的に同じ値を有しているものと推定される。
【０１７０】
したがって、端末装置の場合と同様に、２つのチャネル情報をもとに、周波数オフセットの推定を行なうことで、より高い精度で、周波数オフセットの推定値を得て、周波数オフセットの補正を行なうことが可能となる。
【０１７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１７２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行う際に、正確な周波数オフセットの推定と補償を行うことが可能になるので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＭＩＭＯ端末装置ＣＳ１の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図２】 図１に示した端末ＣＳ１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 本発明の実施の形態１のＭＩＭＯ端末装置１０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図４】 図３に示した端末装置１０００中の周波数オフセット推定装置１００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図５】 図４で説明した周波数オフセット推定装置１００の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図６】 オフセット周波数推定装置１００の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態２の周波数オフセット推定装置２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図８】 図７で説明した周波数オフセット推定装置２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】 本発明の実施の形態３の周波数オフセット推定装置３００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図１０】 図９に示した周波数オフセット推定装置３００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 ＭＩＭＯ無線基地局３０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図１２】 ＭＩＭＯ方式の無線端末ＰＳ１と無線基地局３０００との間で送受信される信号の処理タイミングを説明するための概念図である。
【図１３】 周波数分割多重接続，時分割多重接続および空間多重分割接続の各種の通信システムにおけるチャネルの配置図である。
【図１４】 端末とＰＤＭＡ基地局との間で授受される信号の構成を説明するための概念図である。
【図１５】 ＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。
【図１６】 ＭＩＭＯ端末ＰＳ１と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で、ＭＩＭＯ方式の通信が行なわれている状態を示す概念図である。
【図１７】 周波数オフセットが通信品質に与える影響を説明するための概念図である。
【符号の説明】
♯１〜♯４ アンテナ、１０ 搬送波発振器、１２，１４ 乗算器、２０ 第１の周波数オフセット推定装置、２２ 第２の周波数オフセット推定装置、３０第１の周波数オフセット補正装置、３２ 第２の周波数オフセット補正装置、３４ 復調器、１００，２００，３００ 周波数オフセット推定装置、１０２，１０４ 周波数オフセット計算機、１０６ 計算機、２１０ 受信エラー測定器、２２０ 重み計算機、３０２，３０４ スイッチ、１０００ ＭＩＭＯ端末装置、３０００ ＭＩＭＯ基地局、３０１０ 搬送波発信器、３０２０．１〜３０２０．４ 乗算器、３０３０ 同期処理装置、３０４０ アダプティブアレイ処理部、３０５０ 最大受信レベルアンテナ選択部、３０６０ 周波数オフセット推定装置、３１００．１〜３１００．２ 周波数オフセット推定装置。
Claims (4)
- 単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、
複数のアンテナと、
同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、
前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、
前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、
前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、
空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、
前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、
前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の通話チャネルのうち、１つの通話チャネルで通信が行われている場合、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット推定値を算出し、
前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記１つの通話チャネルについての周波数オフセット補正を行うことを特徴とする無線装置。 - 単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、
複数のアンテナと、
同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、
前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、
前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、
前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、
空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、
前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、
前記複数のアンテナごとの受信エラーを検出する受信エラー検出手段をさらに備え、
前記１つの周波数オフセット推定値は、前記複数の通話チャネルの信号についての周波数オフセットについての、前記受信エラーに基づく重み付け平均値であることを特徴とする無線装置。 - 単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、
複数のアンテナと、
同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、
前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、
前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に基づいて周波 数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、
前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備え、
空間分割多重された複数の通話チャネルを有する信号を受信し、
前記複数の乗算手段は、前記多入力多出力通信が行われている場合は、前記複数のアンテナにそれぞれ受信される互いに異なる複数の通話チャネルの信号に対して前記搬送波を乗算し、
前記複数の乗算手段からの信号を受けて、最大レベルの信号を出力する乗算手段を選択し、前記複数の通話チャンネルの信号を分離する選択手段をさらに備え、
前記周波数オフセット推定手段は、前記選択手段からの信号に対して周波数オフセットを推定して、前記多入力多出力通信が行われている場合、１つの周波数オフセット推定値を算出し、
前記複数の乗算手段からの信号に対して、アダプティブアレイ処理を行うためのアダプティブアレイ処理部をさらに備え、
前記周波数オフセット補正手段は、前記周波数オフセット推定値に基づいて、前記アダプティブアレイ処理部からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行うことを特徴とする無線装置。 - 単一の他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して多入力多出力通信を行うことができる無線装置であって、
複数のアンテナと、
同期検波のために搬送波を生成する発振手段と、
前記複数のアンテナからの複数の受信信号に対して、それぞれ前記搬送波を乗算して検波処理を行うための複数の乗算手段と、
前記複数の乗算手段に共通に設けられ、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定手段とを備え、
前記周波数オフセット推定手段は、前記複数の乗算手段にそれぞれ対応する複数の周波数オフセット推定器と、
前記複数の乗算手段のうちの所定数の乗算手段からの信号を用いて、通信を行う状態から、前記所定数よりも多い乗算手段からの信号を用いて通信を行う状態に移行する際に、すでに通信中であった乗算手段に対応する周波数オフセット推定器の出力を、新たに通信を開始する乗算手段に対応する周波数オフセット推定器に初期値として与えるための切換手段とを含み、
前記初期値に基づいて、前記複数の乗算手段からの信号に対して周波数オフセットの補正処理を行う周波数オフセット補正手段とを備える、無線装置。
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