JP3997226B2 - 受信装置及び受信タイミング検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムにおいて使用される受信装置及び受信タイミング検出方法に係り、特に、直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）伝送方式又はマルチキャリア伝送方式を用いた受信装置及び受信タイミング検出方法に関する。

現在、第３世代移動通信方式（Ｗ−ＣＤＭＡ方式）よりも更なる高速化、大容量化を目標とした第４世代移動通信システムの無線伝送方式の検討が進められている。例えば、周波数軸方向で拡散符号の乗算を行うマルチキャリアＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式は、移動体通信において問題となるマルチパスによる伝搬路の周波数選択性に対する耐性を有しており、第４世代移動通信システムの無線伝送方式への適用が積極的に検討されている方式である（例えば、非特許文献１参照）。

ＯＦＣＤＭ(Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)無線伝送方式は、上記のマルチキャリアＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)無線伝送方式に基づくもので、情報シンボルを時間軸方向及び周波数軸方向に複製し、その各シンボルに拡散符号の各１チップを乗算した後、拡散後の信号を時間の異なるＯＦＣＤＭシンボル及び周波数の異なる複数のサブキャリアにより並列伝送する方式である。したがって、この方式では結果として時間軸方向及び周波数軸方向に拡散符号の乗算が行われるため、直交する拡散符号を乗算することで、複数の情報チャネルの符号多重を実現できる。

また、複数のサブキャリアを用いて並列伝送を行うことで、シンボルレートが低減してシンボル長が拡大するため、移動通信環境において問題となる、送信された信号が複数の異なる伝搬路(マルチパス伝搬路)を経て異なるタイミングで受信部に到達しそれらの信号がお互いに干渉して特性を劣化させる、いわゆるマルチパス干渉の影響を低減することができる。

さらに、各ＯＦＣＤＭシンボルの先頭部分において、シンボルの後ろの部分を繰り返して送信するガードインターバルと呼ばれる冗長部分を設けることで、上記のマルチパス伝搬路の影響により生じるシンボル間干渉の影響を軽減することができる。

また、上記のマルチパス伝搬路では、周波数により伝搬路の変動が異なる周波数選択性フェージングが発生し、周波数によって信号伝送品質が変化するが、ＯＦＣＤＭでは周波数軸方向に信号を拡散しているため、周波数ダイバーシチ効果により信号伝送品質を向上させることができる。

一方で、ＯＦＣＤＭ伝送方式の受信信号は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）
に入力されることで、サブキャリア毎の情報シンボルに復元される。そして、送信側で乗算された拡散符号と同一の符号が時間方向及び周波数方向に乗算され、各サブキャリアの受信信号を拡散符号周期に渡って合成することで逆拡散される。ここで、ＦＦＴに入力される受信信号の開始位置、いわゆるシンボル同期タイミングは、理想的には、図２４（ａ）に示されるように、ガードインターバルの終端、すなわちＯＦＣＤＭ信号の情報シンボル区間の先頭部分（（１））とすることで、ＦＦＴに入力される信号区間、すなわちＦＦＴウィンドウ区間（（２））において、到来する各遅延波の信号（ここでは、遅延波１及び２の信号）を、シンボル間干渉を生じることなく抽出することができる。

しかしながら、図２４（ｂ）に示されるように、伝搬路の影響等により、検出されたシンボル同期タイミングが理想位置からずれた場合、ＦＦＴウィンドウ区間においてシンボル間干渉が生じ、隣り合うＯＦＣＤＭ信号成分が同時に抽出されるため、シンボル間干渉により伝送特性が劣化する。このため、シンボル同期タイミングを適切に推定することが重要となる。このシンボル同期タイミングの検出方法として、ＯＦＣＤＭ伝送と同様に、情報シンボルを周波数の異なる複数のサブキャリアを用いて伝送する従来のマルチキャリア伝送において、ガードインターバルがマルチキャリア送信信号の後ろの部分の繰り返し信号であることを利用して、繰り返し部分の自己相関を用いてシンボル同期タイミングを検出する方法が示されている（例えば、非特許文献２、３参照）。
また、かかる観点から、情報信号区間の先頭に繰り返し信号を挿入し、この部分で測定された受信信号の自己相関を利用してシンボル同期タイミングを検出する方法が示されている（例えば、非特許文献４参照）。

さらに、受信側で既知のパイロット信号と受信信号の相互相関後、得られた相関値列の中から最大相関値をとる位置を検出し、その位置より前方に相関値をサーチし、ある任意の閾値を超える最も前方にある相関値の位置をタイミングとして検出する方法が示されている（例えば、非特許文献５参照）。

また、マルチキャリアＣＤＭＡ方式の移動通信システムにおいて、移動局側で最適な基地局として複数の候補を設け、それぞれの相関を求めることにより最適セルのＦＦＴタイミングを検出し、またスクランブルコードを検出する。これにより、受信局側において拡散符号を高速・高精度に検出することができる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５２６８１号公報 "Multi-carrier CDMA in indoor wireless radio networks," N.Yee et al., 1993 IEEE Personal and Indoor Mobile Radio Communication "ML estimation of time and frequency offset in OFDM system" J.-J. v. de Beek, M. Sandell, P.O. Brjesson, IEEE Trans. Signal Proc., vol. 45, no.7, pp. 1800-1805, July 1997 "マルチキャリア変調信号の最尤シンボルタイミング・周波数オフセット推定方式" 岡田、原、小牧、森永 : 信学技報、RCS95-118、pp45-50、January 1996 "A fast synchronization scheme of OFDM signals for high-rate wireless LAN" T. Onizawa et al., IEICE Transactions on Communications, vol.E82-B, no.2,pp.455-463, February 1999 "周波数選択性フェージング環境におけるＯＦＤＭ通信システムのタイミング同期方式"平、石津、三宅:電子情報通信学会論文誌、B Vol.J84-B No.7 pp.1255-1264 2001年7月

しかしながら、ＯＦＣＤＭ伝送方式を移動通信環境に適用する場合、マルチパス干渉の影響によって、理想的なシンボル同期タイミングを検出することが困難となる。先に述べた非特許文献２で述べられている方式では、マルチパス干渉を想定した検討はなされていない。また、非特許文献３を含め、繰り返し部分の自己相関を用いてシンボル同期タイミングを検出する従来の方法では、相関系列がなだらかなためタイミングにずれが生じ、大きな電力を持つ遅延波が入射した場合においては、同期位置が後方にずれてしまうといった問題がある。特に遅延広がりの大きな伝送路では前後のシンボルから干渉が生じるため、自己相関特性が大きく劣化してしまう。

また、非特許文献４に記載の従来の技術では、受信信号の自己相関出力の最大値を検出し、マルチパス干渉の影響を低減するために、一定のタイミングだけ前方のタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する方法が示されているが、この従来の方法では、伝搬路に応じて、前方へずらすタイミングの値を最適化する必要があり、時々刻々と変動する伝搬路状況に柔軟に対応することは困難である。

また、非特許文献５に記載の従来の技術では、最大相関値の１／ａに相当する閾値を越える相関値を、最大相関値をとる位置から前方にサーチするため、遅延時間の長い電力の大きな遅延波が存在する場合、ＦＦＴ後の受信電力を最大にできず、シンボル間干渉が増大してしまう。また、伝送路モデルにより最適な閾値が大きく変化するために、閾値の値を最適化する必要があり、時々刻々と変動する伝搬路状況に柔軟に対応することは困難である。

一方、特開２００３−１５２６８１号公報記載の従来例は、基地局として複数の候補を設けることにより最適セルのＦＦＴタイミングを検出することができる旨が記載されているが、この従来技術は、ＦＦＴを行う前の全てのサブキャリア成分を含む受信信号と、同期信号レプリカとの相関を検出する最大の相関値を得るタイミングにより、ＦＦＴタイミングを求めるというもので、ＦＦＴ後の相関値が最大となるように合成しているものではないことから、伝搬路状況に応じて精度良くシンボル同期タイミングを検出することは難しいと考えられる。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、マルチパス干渉が存在するような環境においても、伝搬路の状況に応じて高い検出精度でシンボル同期タイミングを検出することのできる受信装置及び受信タイミング検出方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の受信装置は、直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）伝送方式又はマルチキャリア伝送方式を用いた受信装置において、受信信号の受信状態を表す受信信号情報を算出する受信信号情報算出手段と、前記受信信号情報に基づき相関検出された相関値を所定区間において合成する出力合成手段と、前記合成された値に基づいて、シンボル同期タイミングを検出するシンボルタイミング検出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の一実施形態によれば、前記シンボルタイミング検出手段は、前記出力合成手段により合成された値を利用してＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比又は受信電力が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出する。

本発明の一実施形態によれば、前記受信信号情報算出手段は、既知のパイロット信号の相互相関値を前記受信信号情報として算出する。
本発明の一実施形態によれば、前記受信信号情報算出手段は、受信信号の自己相関値を前記受信信号情報として算出する。
本発明の一実施形態によれば、前記受信信号情報算出手段は、送信側によって送信された既知のパイロット信号に基づき推定される伝搬路変動推定値を前記受信信号情報として算出する。
本発明の一実施形態によれば、前記受信装置は、前記受信信号情報の算出結果に基づいて、希望信号および干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成手段を備え、 前記出力合成手段は、前記レプリカ信号を所定区間において合成し、前記シンボルタイミング検出手段は、前記合成されたレプリカ信号を用いてシンボル同期タイミングを検出する。
本発明の一実施形態によれば、前記出力合成手段は、受信信号における複数の遅延波の受信タイミングを複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する。

或いは、前記出力合成手段は、受信信号における複数の遅延波の受信タイミングを所定量シフトしたタイミングを、複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する。

或いは、前記出力合成手段は、受信信号における少なくとも一つの遅延波の受信タイミング、及び当該受信信号における他の少なくとも一つの遅延波の受信タイミングを所定量シフトしたタイミングを、複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する。

また、本発明の一実施形態によれば、前記シンボルタイミング検出手段は、前記合成されたレプリカ信号を用いてＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比を推定するＳＩＲ推定手段を備え、前記推定結果に基づきシンボル同期タイミングを検出する。

本発明の受信タイミング検出方法は、直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）伝送方式又はマルチキャリア伝送方式を用いた受信装置における受信タイミング検出方法であって、受信信号の受信状態を表す受信信号情報を算出する工程と、
前記受信信号情報に基づき相関検出された相関値を所定区間において合成する工程と、前記合成された値に基づいて、シンボル同期タイミングを検出する工程とを備える。

本発明の実施例によれば、ＯＦＣＤＭ伝送又はマルチキャリア伝送において、マルチパス干渉が存在する場合に、伝搬路状況に応じて適切なシンボル同期タイミングを検出することができ、タイミングのずれにともなうシンボル間干渉を低減させることができる。その結果、信号伝送特性を向上させることが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る受信装置であるＯＦＣＤＭ伝送方式を適用したＯＦＣＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。ここで、ＯＦＣＤＭ伝送方式とは、情報シンボルを複製して時間方向および周波数方向に並べ、複製された情報シンボルに対して時間軸方向および周波数軸方向に拡散符号を乗算し、拡散された各シンボルを時間の異なる複数のシンボルおよび周波数の異なる複数のサブキャリアにより信号伝送する方式をいう。また、このＯＦＣＤＭ伝送方式は、移動通信システムにおける下りチャネルで複数のキャリアを用いる代表的な多重方式の一つである。

同図において、このＯＦＣＤＭ受信装置１は、シンボル同期タイミング検出部１０と、ガードインターバル除去部１１と、時間・周波数変換部（ＦＦＴ）１２と、拡散信号生成部１３と、乗算器１４−１〜１４−ｌ，１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｎと、シンボル合成部１７−１〜１７−ｎと、並直列変換部１８と、データ復調部１９と、誤り訂正復号部２０と、情報シンボル復元部２１と、から構成される。

本実施形態では、受信ＯＦＣＤＭ信号がタイミング検出回路１０（以下、シンボル同期タイミング検出部という）に入力されると、同部１０においてシンボル同期タイミングが検出される。その後、ガードインターバル除去部１１でガードインターバルが除去され、時間・周波数変換部（ＦＦＴ）１２により受信ＯＦＣＤＭ信号は各サブキャリア周波数の成分に分離される。そして、乗算器１４−１〜１６−ｎにおいて、時間軸上及び周波数軸上に各情報チャネルに対応した拡散信号（拡散信号生成部１３で生成される拡散符号）で拡散された後、シンボル合成部１７−１〜１７−ｎに入力され、拡散周期に渡ってシンボルを合成することで、拡散前の信号が復元される。このようにして復元された信号は、並直列変換部１８でパラレル→シリアル変換され、データ復調部１９でデータ復調、誤り訂正復号部２０で誤り訂正復号が行われた後、情報シンボル復元部２１で送信された情報信号が復元される。

次に、図１に示すシンボル同期タイミング検出部について説明する。図２は、シンボル同期タイミング検出部の第１の実施形態を示すブロック図である。

同図において、第１の実施形態によるシンボル同期タイミング検出部１０は、相関検出部３１と、出力合成部３２と、受信信号電力対干渉電力比最大値検出部３３と、から構成され、受信信号情報を利用してＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出する機能を備える。なお、本実施形態では、ＯＦＣＤＭ受信信号がガードインターバル除去部１１に入力される前の例を示している。

上記のように構成されたシンボル同期タイミング検出部の動作について説明する。受信されたＯＦＣＤＭ信号は相関検出部３１に入力され、得られた相関出力を出力合成部３２において一定の区間に渡って合成される。その後、受信信号電力対干渉電力比最大値検出部３３において、受信信号電力対干渉電力比が最大となるタイミングがシンボル同期タイミングとして検出される。

図３は、図１に示すシンボル同期タイミング検出部の第２の実施形態を示すブロック図である。

本実施形態におけるシンボル同期タイミング検出部１０は、同図に示すように、相関検出部４１と、出力合成部４２と、受信信号電力最大値検出部４３と、から構成され、受信信号情報を利用してＦＦＴ後の受信信号電力が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出する機能を備える。なお、本実施形態では、前述した図２の場合と同様、ＯＦＣＤＭ受信信号がガードインターバル除去部１１に入力される前の例を示している。

上記のように構成されたシンボル同期タイミング検出部の動作について説明する。受信されたＯＦＣＤＭ信号は相関検出部４１に入力され、得られた出力を出力合成部４２において一定の区間に渡って合成される。その後、受信信号電力最大値検出部４３において、受信信号電力が最大となるタイミングがシンボル同期タイミングとして検出される。

図４は、ＯＦＣＤＭ受信装置のシンボル同期タイミング検出部に受信信号の相関値を利用してシンボル同期タイミングを検出させるために、情報信号とは別に、シンボル同期タイミングを検出するためのパイロット信号を送信する場合の送信側の装置であるＯＦＣＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。

同図において、このＯＦＣＤＭ送信装置２は、情報信号生成部５０と、シンボル同期タイミング検出用パイロット信号生成部５１と、直並列変換部５２と、拡散信号生成部５３と、シンボル複製部５４−１〜５４−ｍと、乗算器５５−１〜５７−ｎと、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）５８と、ガードインターバル挿入部５９と、から構成される。

本実施形態では、情報信号生成部５０でデータ変調されて生成される情報信号と、シンボル同期タイミング検出用パイロット信号生成部５１で生成されるパイロット信号は、同じ手順、すなわち直並列変換部５２での直並列変換、シンボル複製部５４−１〜５４−ｎでの時間軸方向及び周波数軸方向への複製、拡散信号生成部５３と乗算器５５−１〜５７−ｎによる時間軸方向及び周波数軸方向での拡散信号の乗算、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）５８での周波数・時間変換の処理である。上記周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）５８において周波数・時間変換処理が施されると、ＯＦＣＤＭ信号に変換される。なお、パイロット信号の伝送形態は、情報信号に付加する伝送形態であってもよいし、情報信号とは別の信号形態で伝送されてもよい。

図５は、図４に示すＯＦＣＤＭ送信装置で送信されるシンボル同期タイミング検出用パイロット信号の送信形態を示す図である。同図に示されるように、本実施形態では、シンボル同期タイミング検出用パイロット信号は、情報信号区間とパイロット信号区間が時間的に多重される。

上記図４及び図５に示す実施形態では、シンボル同期タイミング検出用パイロット信号を時間多重して送信する態様を例示したが、このような態様に限られるものではなく、例えば、図６及び図７に示す実施形態のように、情報信号（本例では、情報チャネル＃１〜＃ｎの信号）とシンボル同期タイミング検出用のパイロット信号を異なる拡散符号により拡散して多重する符号多重型の構成としてもよいし、図８及び図９に示す実施形態のように、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）９７にシンボル同期タイミング検出用パイロット信号を入力して、ある特定のサブキャリア周波数にパイロット信号を多重する周波数多重の構成としてもよい。

なお、パイロット信号は、全情報チャネルで共通の拡散符号が乗算された共通パイロット信号の構成をとってもよいし、情報チャネル毎に個別の拡散符号が乗算された個別パイロット信号の構成をとってもよい。

図１０は、図４、図６、図８いずれのＯＦＣＤＭ送信装置からシンボル同期タイミング検出用のパイロット信号が送信された場合に、受信信号情報として受信信号の相互相関値を利用し、シンボル同期タイミングを検出するＯＦＣＤＭ受信装置のシンボル同期タイミング検出部の構成を示すブロック図である。

同図において、このシンボル同期タイミング検出部１０は、ＯＦＣＤＭ信号生成部１１０と、相関検出部１１１と、出力合成部１１２と、合成出力最大値検出部１１３と、から構成される。なお、本実施形態では、ＯＦＣＤＭ受信信号がガードインターバル除去部１１に入力される前の例を示している。

本実施形態では、まず、既知のパイロット信号がＯＦＣＤＭ信号生成部１１０に入力され、参照ＯＦＣＤＭ信号が生成される。そして、相関検出部１１１において、上記生成された参照ＯＦＣＤＭ信号と、受信ＯＦＣＤＭ信号のパイロット信号区間との間の相互相関出力が求められる。このようにして相関検出部で得られた相互相関出力は、出力合成部１１２において一定の区間に渡って合成され、合成出力最大値検出部１１３において、合成出力が最大となるシンボル同期タイミングが検出される。

図１０に示す実施形態では、受信信号情報として受信信号の相互相関値を利用して、シンボル同期タイミングを検出する態様を例示したが、図１１に示す実施形態では、ＯＦＣＤＭ受信装置のシンボル同期タイミング検出部は、受信信号情報として、受信されたＯＦＣＤＭ信号のガードインターバル区間を利用してシンボル同期タイミングを検出する機能を備える。

同図において、このシンボル同期タイミング検出部１０は、遅延回路１２０と、相関検出部１２１と、出力合成部１２２と、合成出力最大値検出部１２３と、から構成される。なお、本実施形態では、ＯＦＣＤＭ受信信号がガードインターバル除去部１１に入力される前の例を示している。

本実施形態では、受信ＯＦＣＤＭ信号は、遅延回路１２０と相関検出部１２１に入力される。遅延回路１２０では、例えば、時間Ｔ分の遅延時間が設定される。受信ＯＦＣＤＭ信号と、遅延回路１２０の出力信号は相関検出部１２１に入力され、ガードインターバル区間と情報シンボル区間との間の自己相関出力が求められる。このようにして相関検出部１２１で得られた自己相関出力は、出力合成部１２２において一定の区間に渡って合成され、合成出力最大値検出部１２３において合成出力が最大となるシンボル同期タイミングが検出される。

図１２は、ＯＦＣＤＭ受信装置のシンボル同期タイミング検出部に伝搬路変動の推定値を用いてシンボル同期タイミングを検出させるために、情報信号とは別に、伝搬路変動値推定用の既知のパイロット信号を送信する場合のＯＦＣＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。

同図において、このＯＦＣＤＭ送信装置５は、情報信号生成部１３０と、伝搬路変動値推定用パイロット信号生成部１３１と、直並列変換部１３２と、拡散信号生成部１３３と、シンボル複製部１３４−１〜１３４−ｍと、乗算器１３５−１〜１３７−ｎと、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）１３８と、ガードインターバル挿入部１３９と、から構成される。

本実施形態では、情報信号生成部１３０でデータ変調されて生成される情報信号と伝搬路変動値推定用パイロット信号生成部１３１で生成されるパイロット信号は同じ手順、すなわち直並列変換部５２での直並列変換、シンボル複製部１３４−１〜１３４−ｍでの時間軸方向及び周波数軸方向への複製、拡散信号生成部１３３と乗算器１３５−１〜１３７−ｎによる時間軸方向及び周波数軸方向での拡散信号の乗算、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）１３８での周波数・時間変換
処理である。上記周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）１３８において周波数・時間変換処理が施されると、ＯＦＣＤＭ信号に変換される。なお、パイロット信号の伝送形態は、情報信号に付加する伝送形態であってもよいし、情報信号とは別の信号形態で伝送されてもよい。

図１３は、図１２に示すＯＦＣＤＭ送信装置で送信される伝搬路変動値推定用パイロット信号の送信形態を示す図である。同図に示されるように、本実施形態では、伝搬路変動値推定用パイロット信号は、情報信号区間とパイロット信号区間が時間的に多重されるが、図６及び図７に示す実施形態のように、情報信号とパイロット信号を異なる拡散符号により拡散して多重する符号多重の構成としてもよいし、図８及び図９に示す実施形態のように、ある特定のサブキャリア周波数にパイロット信号を多重する周波数多重の構成としてもよい。

なお、伝搬路変動値推定用パイロット信号は、全情報チャネルで共通の拡散符号が乗算された共通パイロット信号の構成をとってもよいし、情報チャネル毎に個別の拡散符号が乗算された個別パイロット信号の構成をとってもよい。

図１４は、図１２に示すＯＦＣＤＭ送信装置から送信される伝搬路変動値推定用パイロット信号に基づき伝搬路変動の推定し、その推定した値を用いてシンボル同期タイミングを検出するＯＦＣＤＭ受信装置のシンボル同期タイミング検出部の構成を示すブロック図である。

同図において、このシンボル同期タイミング検出部１０は、伝搬路変動値推定部１５０と、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）１５１と、出力合成部１５２と、合成出力最大値検出部１５３と、から構成される。なお、本実施形態では、ＯＦＣＤＭ受信信号がガードインターバル除去部１１に入力される前の例を示している。

本実施形態では、まず、伝搬路変動値推定部１５０において、ＯＦＣＤＭ送信装置からＯＦＣＤＭ受信装置に到達する間に送信された信号が受けた伝搬路変動の影響を、受信した伝搬路変動値推定用パイロット信号の信号区間を用いてサブキャリア周波数毎に推定する。これは、伝搬路変動値等推定用のパイロット信号が振幅、位相、パターンが既知である点を利用して、その信号の変動量から推定することが可能である。

上記のようにして伝搬路変動値推定部１５０において推定されたサブキャリア周波数毎の伝搬路変動値は、周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）１５１に入力され、伝搬路のインパルス応答、すなわち複素遅延プロファイルが求められる。このようにして求められた遅延プロファイル、すなわちサブキャリア周波数毎の伝搬路変動値は出力合成部１５２において一定の区間に渡って合成され、合成出力最大値検出部１５３において合成出力が最大となるシンボル同期タイミングが検出される。

上述の如く、本実施形態では、サブキャリア毎の伝搬路変動値から遅延プロファイルを得る態様を例示しているが、伝搬路変動値推定用のパイロット信号を用いて、伝搬路の遅延プロファイルを直接求めてもよい。

図１５は、前記受信信号情報を一定の区間に渡って合成した値を利用してシンボル同期タイミングの検出を行う場合を説明するためのシンボル同期タイミング検出部の構成図である。同図に示すように、このシンボル同期タイミング検出部１０は、相関検出部１６１と、出力合成部１６２と、合成出力最大値検出部１６３と、から構成される。

一般に、ＯＦＣＤＭ信号は、各サブキャリアの情報信号を重ね合わせた信号であるため、中央極限定理により、その信号波形はガウス雑音状の信号となる。このため、前述の図１０〜１２の実施形態で示した受信信号情報（受信信号情報として、（１）既知のパイロット信号の相互相関値、（２）受信信号の自己相関値、（３）チャネル推定値を受信信号情報として利用）において、マルチパス伝搬路における受信信号の遅延広がりが小さい場合には、図１６に示されるように、相関出力の最大値が理想シンボル同期タイミングとほぼ一致する。よって、相関出力が最大となるタイミングを推定することで、適切なシンボル同期タイミングを検出することができる。

しかしながら、一般にマルチパス伝搬路では、図１７に示されるように、通信路の地理的な条件等により受信信号の遅延広がりが大きくなる場合が生じる。したがって、このような場合、相関出力の最大値が理想シンボル同期タイミングから大きくずれる確率が高くなるため、シンボル間干渉を生じるという問題がある。

そこで、本発明では、図１８に示されるように、得られた受信信号情報を出力合成部１６２においてある一定区間に渡って合成し、その合成値出力が最大となる合成開始位置を合成出力最大値検出部１６３において検出してシンボル同期タイミングとする。これにより、マルチパス干渉の影響で相関出力の最大値のタイミングが理想シンボル同期タイミングから大きくずれた場合においても、ＦＦＴウィンドウ区間において、ＯＦＣＤＭ信号１シンボルの直接波成分および遅延波成分の電力をできる限り多く確保するようなシンボル同期タイミングを伝搬路状況に応じて検出することが可能となるため、隣接シンボルからの干渉を低減することができる。

図１９は、前記受信信号情報を用いて、希望信号および干渉信号のレプリカ信号を作成し、それらレプリカ信号を利用してシンボル同期タイミングを検出する機能を備えるシンボル同期タイミング検出部の構成を示すブロック図である。

同図において、このシンボル同期タイミング検出部１０は、ＯＦＣＤＭ信号生成部１７０と、相関検出部１７１と、パス検出部１７２と、希望・干渉レプリカ信号生成部１７３と、出力合成部１７４と、合成出力最大値検出部１７５と、から構成される。

図１９のように構成されたシンボル同期タイミング検出部１０の動作の一例として図２０を参照して説明する。図２０は、本実施形態におけるンボル同期タイミング検出方法の第１の例を示す図である。

図２０は、一例として、上記（１）の受信信号情報を用いて受信信号電力及び干渉電力比の推定を行う場合を示している。

本実施形態では、相関検出部１７１は、ＯＦＣＤＭ信号生成部１７０で生成された参照パイロット信号と、受信ＯＦＣＤＭ信号との相互相関値に基づいて、遅延プロファイルを作成する。遅延プロファイルとは、受信側（本例では、ＯＦＣＤＭ受信装置）に到来する電波の伝搬遅延時間（＝遅延時間）を横軸に、受信電力を縦軸とし、受信した各到来波を短いパルスとして遅延時間軸上に表したものである。図２０の（１）に本実施形態における遅延プロファイルの一例を示す。

上記のようにして作成された遅延プロファイルは、パス検出部１７２に入力され、パス検出部１７２は、信号電力の大きな遅延波成分(パス)をしきい値判定により検出する。ここでは、Ｌ個のパスが検出されたものとする。

希望・干渉レプリカ信号生成部１７３は、パス検出部１７２で検出されたＬ個の各パスの電力値Ｓｉ（ｉ＝１，２，．．．，Ｌ）、および先頭パスからの相対的な遅延時間Ｄｉ（ｉ＝１，２，．．．，Ｌ）を用いて、パス毎に（Ｄ_Ｌ＋Ｎ_ＦＦＴ＋Ｎ_ＧＩ）個のサンプル数を有する信号レプリカ

を生成する。ここで、Ｎ_ＦＦＴおよびＮ_ＧＩはそれぞれＦＦＴウィンドウ区間およびガードインターバル区間のサンプル数を表す。ただし、

はD_ｉ ＜τ＜D_ｉ+Ｎ_ＦＦＴ+Ｎ_ＧＩで

、その他のタイミングで

とする。さらに、Ｌ個の信号レプリカ

をサンプル毎に合成することで、希望信号レプリカＳ（τ）を求める。

また、干渉信号レプリカＩ（τ）は希望信号レプリカＳ（τ）の（Ｄ_Ｌ＋Ｎ_ＦＦＴ＋Ｎ_ＧＩ）個のサンプルの中で最大値を有するサンプル値ｍａｘ{Ｓ（τ）}を求め、Ｉ（τ）＝ｍａｘ{Ｓ（τ）}−Ｓ（τ）により求める。

出力合成部１７４は、上記のようにして得られたＳ（τ）およびＩ(τ)をＦＦＴウィンドウ区間で合成することで、ＦＦＴ後の受信信号のＳＩＲを次式により推定する。

合成出力最大値検出部１７５は、上記推定されたＳＩＲ（τ）が最大となるサンプルタイミングτ_ｍａｘをシンボル同期タイミングとして検出し、ＦＦＴに出力
する。

図２１は、図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第２の例を示す図である。

前述したように、相関検出部１７１は、遅延プロファイルを作成して、パス検出部１７２に入力する。パス検出部１７２はＬ個の遅延波成分(パス)を検出する。

希望・干渉レプリカ信号生成部１７３は、パス毎に信号レプリカを生成する。
さらに、Ｌ個の信号レプリカをサンプル毎に合成することで、希望信号レプリカＳ（τ）を求め、また、干渉信号レプリカＩ（τ）を求める。

出力合成部１７４は、遅延時間がＤ１、Ｄ２、…、Ｄ_ｉ、…、Ｄ_Ｌとなる各遅延波（パス）の受信タイミングをシンボル同期タイミング候補（候補１、候補２、…、候補ｉ、…候補Ｌ）とし、また、希望・干渉レプリカ信号生成部１７３により生成された希望信号レプリカＳ（τ）と干渉信号レプリカＩ（τ）を、シンボル同期タイミングの候補１、候補２、…、候補ｉ、…候補Ｌのそれぞれに係る所定の区間、例えば、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で合成する。

合成出力最大値検出部１７５は、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で得たレプリカ信号の合成値が最大となるシンボル同期タイミング候補をシンボル同期タイミングとして検出する。

図２２は、図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第３の例を示す図である。

図２１に示すシンボル同期タイミング検出方法と同じように、相関検出部１７１は、遅延プロファイルを作成し、パス検出部１７２に入力する。パス検出部１７２は、Ｌ個のパス（遅延波成分)を検出する。希望・干渉レプリカ信号生成部１７３は、希望信号レプリカＳ（τ）及び干渉信号レプリカＩ（τ）を求める。

出力合成部１７４は、遅延時間がＤ１、Ｄ２、…、Ｄ_ｉ、…、Ｄ_Ｌとなる各遅延波（パス）の受信タイミングを一定区間ずらしたタイミング、例えば、ガードインターバル分だけずらしたタイミングをシンボル同期タイミング候補（候補１、候補２、…、候補ｉ、…候補Ｌ）とし、希望・干渉レプリカ信号生成部１７３により生成された希望信号レプリカＳ（τ）と干渉信号レプリカＩ（τ）を、シンボル同期タイミングの候補１、候補２、…、候補ｉ、…候補Ｌのそれぞれに係る所定の区間、例えば、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で合成する。

合成出力最大値検出部１７５は、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で得たレプリカ信号の合成値が最大となるシンボル同期タイミング候補をシンボル同期タイミングとして検出する。

さらに、図２１と図２２に示す方法を組み合わせて、シンボル同期タイミングを検出することができる。

図２３は、図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第４の例を示す図である。

図２１、図２２に示すシンボル同期タイミング検出方法と同じように、相関検出部１７１は、遅延プロファイルを作成し、パス検出部１７２に入力する。パス検出部１７２は、Ｌ個のパス（遅延波成分)を検出する。希望・干渉レプリカ信号生成部１７３は、希望信号レプリカＳ（τ）及び干渉信号レプリカＩ（τ）を求める。

図２３における遅延プロファイルにおいて、遅延時間Ｄ_ｉからＤ_Ｌは、先頭パス（遅延時間Ｄ１）から見てガードインターバル区間分を超えており、遅延時間Ｄ２は、先頭パスから見てガードインターバル区間分を超えていない。

図２３に示すように、出力合成部１７４は、例えば、遅延時間がＤ１である遅延波（パス）の受信タイミングをシンボル同期タイミング候補（候補１）とし、また、先頭パスから見て遅延時間はガードインターバル区間分を超えたパスのうち任意のパスの受信タイミング、例えば、Ｄ_ｉを一定区間ずらしたタイミング、例えば、ガードインターバル分だけずらしたタイミングをもシンボル同期タイミング候補（候補２）とし、また、例えば、ガードインターバル区間分を超えた遅延時間Ｄ_Ｌに対応する遅延波の受信タイミングを一定区間ずらしたタイミング、例えば、ガードインターバル分だけずらしたタイミングをもシンボル同期タイミング候補（候補Ｌ）とする。出力合成部１７４は、以上のタイミング候補を用い、希望・干渉レプリカ信号生成部１７３により生成された希望信号レプリカＳ（τ）と干渉信号レプリカＩ（τ）を、シンボル同期タイミングの候補１、候補２、…、候補Ｌのそれぞれに係る所定の区間、例えば、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で合成する。

合成出力最大値検出部１７５は、各パスのＦＦＴウィンドウ区間で得たレプリカ信号の合成値が最大となるシンボル同期タイミング候補をシンボル同期タイミングとして検出する。

すなわち、本実施形態によれば、ＦＦＴウィンドウ区間において、ＯＦＣＤＭ信号１シンボルの直接波成分および遅延波成分の電力をできる限り多く確保しつつ、シンボル間干渉の影響をできる限り小さくするようなシンボル同期タイミングを、伝搬路状況に応じて検出することが可能となる。したがって、マルチパス干渉の影響で相関出力の最大値のタイミングが理想シンボル同期タイミングから大きくずれた場合であっても、
高精度なシンボル同期を実現できる。

なお、本実施形態では、受信信号情報として、既知のパイロット信号の相互相関値を利用する態様を例示したが、受信信号の自己相関値や受信信号から推定されたチャネル推定値を用いてもよい。

上記各実施形態では、好適な一例としてＯＦＣＤＭ伝送方式を適用したＯＦＣＤＭ受信装置の態様を例示したが、情報シンボルを周波数の異なる複数のサブキャリアにより信号伝送するマルチキャリア伝送方式を適用した受信装置においても、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、ＦＦＴ後の受信信号電力が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出する態様を例示したが、受信信号電力は、実測により求めてもよいし、伝搬路プロファイル等を用いて推定してもよい。

また、受信信号情報として、受信品質情報（又は通信品質情報）、例えば、ＢＥＲ（ビット誤り率）等を用い、ＦＦＴ後の受信品質が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出するような態様も考えられる。

本発明の一実施の形態に係る受信装置であるＯＦＣＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 シンボル同期タイミング検出部の第１の実施形態を示すブロック図である。 シンボル同期タイミング検出部の第２の実施形態を示すブロック図である。 ＯＦＣＤＭ送信装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 第１のシンボル同期タイミング検出用パイロット信号の送信形態を示す図である。 ＯＦＣＤＭ送信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。 第２のシンボル同期タイミング検出用パイロット信号の送信形態を示す図である。 ＯＦＣＤＭ送信装置の第３の実施形態を示すブロック図である。 第３のシンボル同期タイミング検出用パイロット信号の送信形態を示す図である。 シンボル同期タイミング検出部の第３の実施形態を示すブロック図である。 シンボル同期タイミング検出部の第４の実施形態を示すブロック図である。 ＯＦＣＤＭ送信装置の第４の実施形態を示すブロック図である。 伝搬路変動値推定用パイロット信号の送信形態を示す図である。 シンボル同期タイミング検出部の第５の実施形態を示すブロック図である。 受信信号情報の合成値を利用してシンボル同期タイミングの検出を行う場合を説明するためのシンボル同期タイミング検出部の構成図である。 相関出力の最大値が理想シンボル同期タイミングとほぼ一致する場合を説明するための図である。 相関出力の最大値が理想シンボル同期タイミングから大きくずれる場合を説明するための図である。 受信信号情報の合成値に基づいてシンボル同期タイミングを検出する概念を示す図である。 シンボル同期タイミング検出部の第６の実施形態を示すブロック図である。 図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第１の例を示す図である。 図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第２の例を示す図である。 図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第３の例を示す図である。 図１９におけるシンボル同期タイミング検出部１０によるシンボル同期タイミング検出方法の第４の例を示す図である。 シンボル同期タイミングの概念を示す図である。

符号の説明

１ ＯＦＣＤＭ受信装置
２〜５ ＯＦＣＤＭ送信装置
１０ シンボル同期タイミング検出部
１１ ガードインターバル除去部
１２ 時間・周波数変換部（ＦＦＴ）
１３ 拡散信号生成部
１４−１〜１４−ｌ，１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｎ，５５−１〜５５−ｌ，５６−１〜５６−ｍ，５７−１〜５７−ｎ，７５−１〜７５−ｌ，７６−１〜７６−ｍ，７７−１〜７７−ｎ，９４−１〜９４−ｌ，９５−１〜９５−ｍ，９６−１〜９６−ｎ，１３５−１〜１３５−ｌ，１３６−１〜１３６−ｍ，１３７−１〜１３７−ｎ 乗算器
１７−１〜１７−ｎ シンボル合成部
１８ 並直列変換部
１９ データ復調部
２０ 誤り訂正復号部
２１ 情報シンボル復元部
３１，４１，１１１，１２１，１６１，１７１ 相関検出部
３２，４２，１１２，１２２，１５２，１６２，１７４ 出力合成部
３３ 受信信号電力対干渉電力比最大値検出部
４３ 受信信号電力最大値検出部
５０，７１，９０，１３０ 情報信号生成部
５１，９８ シンボル同期タイミング検出用パイロット信号生成部
５２，７２，９１，１３２ 直並列変換部
５３，７３，９２，１３３ 拡散信号生成部
５４−１〜５４−ｍ，７４−１〜７４−ｍ，９３−１〜９３−ｍ，１３４−１〜１３４−ｍ シンボル複製部
５８，７９，９７，１３８，１５１ 周波数・時間変換部（ＩＦＦＴ）
５９，８０，９９，１３９ ガードインターバル挿入部
７８ 各情報チャネルおよびパイロット信号合成部
１１０，１７０ ＯＦＣＤＭ信号生成部
１１３，１２３，１５３，１６３，１７５ 合成出力最大値検出部
１２０ 遅延回路
１３１ 伝搬路変動値推定用パイロット信号生成部
１５０ 伝搬路変動値推定部
１７２ パス検出部
１７３ 希望・干渉レプリカ信号生成部

Claims (10)

1. 直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）伝送方式又はマルチキャリア伝送方式を用いた受信装置において、
   受信信号の受信状態を表す受信信号情報を算出する受信信号情報算出手段と、
   前記受信信号情報に基づき相関検出された相関値を所定区間において合成する出力合成手段と、
   前記出力合成手段により合成された値を利用してＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出するシンボルタイミング検出手段と、
   を備える
   ことを特徴とする受信装置。
2. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記受信信号情報算出手段は、既知のパイロット信号の相互相関値を前記受信信号情報として算出することを特徴とする受信装置。
3. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記受信信号情報算出手段は、受信信号の自己相関値を前記受信信号情報として算出することを特徴とする受信装置。
4. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記受信信号情報算出手段は、送信側によって送信された既知のパイロット信号に基づき推定される伝搬路変動推定値を前記受信信号情報として算出することを特徴とする受信装置。
5. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記受信信号情報の算出結果に基づいて、希望信号および干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成手段を備え、
   前記出力合成手段は、前記レプリカ信号を所定区間において合成し、
   前記シンボルタイミング検出手段は、前記合成されたレプリカ信号を用いてシンボル同期タイミングを検出することを特徴とする受信装置。
6. 請求項５に記載の受信装置において、
   前記出力合成手段は、受信信号における複数の遅延波の受信タイミングを複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、
   前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する
   ことを特徴とする受信装置。
7. 請求項５に記載の受信装置において、
   前記出力合成手段は、受信信号における複数の遅延波の受信タイミングを所定量シフトしたタイミングを、複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、
   前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する
   ことを特徴とする受信装置。
8. 請求項５に記載の受信装置において、
   前記出力合成手段は、受信信号における少なくとも一つの遅延波の受信タイミング、及び当該受信信号における他の少なくとも一つの遅延波の受信タイミングを所定量シフトしたタイミングを、複数のシンボル同期タイミング候補とし、前記レプリカ信号生成手段により生成されたレプリカ信号を、前記複数のシンボル同期タイミング候補の各々に係る所定の区間において合成し、
   前記シンボルタイミング検出手段は、前記複数のシンボル同期タイミング候補のうち、前記レプリカ信号の合成値が最大となるタイミングをシンボル同期タイミングとして検出する
   ことを特徴とする受信装置。
9. 請求項５に記載の受信装置において、
   前記シンボルタイミング検出手段は、前記合成されたレプリカ信号を用いてＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比を推定するＳＩＲ推定手段を備え、
   前記推定結果に基づきシンボル同期タイミングを検出する
   ことを特徴とする受信装置。
10. 直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）伝送方式又はマルチキャリア伝送方式を用いた受信装置における受信タイミング検出方法において、
    受信信号の受信状態を表す受信信号情報を算出する工程と、
    前記受信信号情報に基づき相関検出された相関値を所定区間において合成する工程と、
    前記出力合成手段により合成された値を利用してＦＦＴ後の受信信号電力対干渉電力比が最大となるようにシンボル同期タイミングを検出する工程と、
    を備える
    受信タイミング検出方法。

Images