JP4030896B2 - 無線伝送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のキャリアを用いて信号を伝送する無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用する無線伝送装置に関するものであり、特に、双方向移動体通信システムにおいて効果的に周波数オフセットを補正する無線伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のマルチキャリア無線伝送装置について説明する。移動体通信において、送信局および受信局は個別に発振器を備えるが、一般的に、移動機に搭載される発振器は、基地局に搭載される発振器に比べて価格や重量の問題から精度が劣る場合が多い。また、送信局と受信局の間で無線通信を実現するためには、双方の間で周波数的な同期を取る必要がある。しかしながら、上記の理由により送受信機間には周波数誤差が発生する。そして、受信機においてこれらの周波数誤差は、ダウンコンバート時のキャリア周波数オフセットおよびＡ／Ｄコンバート時のサンプリング周波数オフセットとなって現れる。
【０００３】
ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信装置においては、キャリア周波数オフセットの影響は全サブキャリアで等しく、サンプリング周波数オフセットの影響は各サブキャリアに依存して現れる。たとえば、非特許文献１によれば、１ＯＦＤＭシンボル間隔の各サブキャリアの位相回転量φ（ｋ，ｌ）は、次式（１）で示されている。
φ（ｋ，ｌ）＝２πｌΔｆsＴe＋２πΔｆcＴs …（１）
【０００４】
ただし、ｋはシンボル番号（位相回転量はシンボル番号に非依存）を表し、lはサブキャリア番号を表し、Δｆsはサンプリング周波数オフセットを表し、Δｆcはキャリア周波数オフセットを表し、Ｔeは有効シンボル長を表し、ＴsはＯＦＤＭシンボル長を表す。また、上記文献には、各サブキャリアの位相回転量から、収束アルゴリズムによりキャリア周波数オフセットを求める方法が述べられている。
【０００５】
また、非特許文献２においては、連続的な伝送が行われるディジタル放送方式のシステムを想定したキャリア周波数オフセット，サンプリング周波数オフセットの補償方式が示されている。この方式では、ＯＦＤＭ信号に挿入されるガードインターバル（情報信号の部分繰り返し波形）を利用し、時間領域においてキャリア周波数オフセット量およびサンプリング周波数オフセット量を個別に推定し、受信機の発振器の周波数を調整することにより、オフセットを補償する。ここでは、これらのオフセット補償に閉ループ型のアルゴリズム（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行う）が用いられている。なお、連続した信号受信が前提となる。
【０００６】
また、近年では、移動体通信における通信速度の高速化要求に伴って、無線ＬＡＮなどのバースト動作を前提とした双方向移動体通信においてもＯＦＤＭに代表されるマルチキャリア伝送方式が採用されてきている。
【０００７】
また、図４は、非特許文献３（以下、HiSWANaと表記）で規定されたダウンリンクバーストの構成を示す図である。HiSWANaは、無線ＬＡＮを実現するためのシステムであり、基地局（ＡＰ：アクセスポイント）と移動局（ＭＰ）との間で通信が行われる。HiSWANaのダウンリンクでは、バースト先頭のプリアンブル部分で各サブキャリアの振幅変動および位相回転量（以下、基準情報と表記）を測定し、この測定結果に基づいて後続のデータであるＯＦＤＭシンボルを復調する。このとき、サンプリング周波数オフセットまたはキャリア周波数オフセットが存在する場合には、各キャリアに位相回転が生じるため、プリアンブル部の位相回転量とデータ部の位相回転量に差が発生し、特にバースト長が長くなった場合に復調特性が劣化する。
【０００８】
そこで、各ＯＦＤＭシンボルにおいて前述の位相回転量φ（ｋ，ｌ）を測定し、位相トラッキング処理が行われる。ＯＦＤＭシステムにおいては、復調時のＦＦＴの段階でキャリア周波数オフセットが存在すると、サブキャリア間干渉により復調特性が大きく劣化するため、通常、ＦＦＴ前の段階で周波数オフセット補正（ＡＦＣ）が行われている。したがって、検波時に問題となる周波数オフセットは上記補正後の残留誤差である。
【０００９】
図５は、従来の受信機の構成を示す図である。図５において、１０１は時間／周波数同期部であり、１０２はＦＦＴウインドウ設定部であり、１０３はＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部であり、１０４は基準情報生成部であり、１０５はパイロット情報抽出部であり、１０６はキャリア周波数オフセット量検出部であり、１０７はサンプリング周波数オフセット量検出部であり、１０８は位相トラッキング部であり、１０９は検波部である。
【００１０】
ここで、従来の受信機（無線伝送装置）の動作を説明する。受信信号Ｓ１０１を受け取った時間／周波数同期部１０１では、時間軸でタイミング同期位置の推定および周波数オフセット補正（ＡＦＣ）を行う。
【００１１】
ＦＦＴウインドウ設定部１０２では、時間／周波数同期部１０１出力の時間同期情報Ｓ１０２に基づいて受信データ系列に対してＦＦＴウインドウを設定する。ＦＦＴ部１０３では、ＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ１０４に従って受信信号Ｓ１０３を周波数軸信号へ変換する。なお、受信信号Ｓ１０３には、既知信号であるプリアンブル部Ｓ１０５とデータ部Ｓ１０６が含まれる。
【００１２】
プリアンブル部Ｓ１０５を受け取った基準情報生成部１０４では、同期検波のための基準情報Ｓ１０７を生成する。一般的に、基準情報Ｓ１０７は、受信信号系列に含まれる周波数オフセット（時間／周波数同期部１０１による補正後の残留誤差）によって、バーストの先頭部と後方で異なる値となる。プリアンブル部Ｓ１０５はバースト先頭に配置されるため、基準情報Ｓ１０７は、バースト後方では不適当なものとなり、受信特性が劣化する。また、データ部Ｓ１０６には、一部のサブキャリアに上記残留誤差を補正するためのパイロット信号が配置されている。
【００１３】
パイロット情報抽出部１０５では、データ部Ｓ１０６からパイロット情報Ｓ１０８を取り出し、キャリア周波数オフセット量検出部１０６およびサンプリング周波数オフセット量検出部１０７では、パイロット情報Ｓ１０８に基づいて各オフセット値Ｓ１０９，Ｓ１１０を推定する。そして、これらの情報を利用して、位相トラッキング部１０８では、基準情報Ｓ１０７を更新する。最後に、検波部１０９では、補正後の基準情報Ｓ１１１により同期検波を行い、受信データＳ１１２を取り出す。
【００１４】
【非特許文献１】
電子情報通信学会総合大会 2000年 予稿集 pp.395 B--5--10「ＯＦＤＭシステムにおける同期方式の検討」
【非特許文献２】
２テレビジョン学会技術報告 BCS-'96-52 (1996年)「ＯＦＤＭ復調における周波数同期の検討」
【非特許文献３】
ARIB-STD-T70（HiSWANa）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の無線伝送装置においては、一般的に、キャリア周波数がサンプリング周波数に比べて非常に大きく、サンプリング周波数オフセットのオフセット量がキャリア周波数のオフセット量に比べて小さいため、上記パイロット情報Ｓ１０８から正確なオフセット量を推定することが困難である、という問題があった。特に、双方向移動体通信においては、リアルタイム性が重視されるため、バースト間にまたがる平均化処理を行わない場合、残留誤差により受信特性が大きく劣化する、という問題があった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な周波数オフセット除去機能を提供することが可能な無線伝送装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線伝送装置にあっては、無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用し、送信側と受信側の発振器の周波数誤差による周波数オフセットを補償する機能を有し、たとえば、受信信号内の特定部分を用いて時間／周波数同期を行い、当該同期処理において用いた周波数オフセット量を出力する時間／周波数同期手段と、ＦＦＴ演算後の受信信号から抽出したパイロット部分に基づいて残留するキャリア周波数オフセット量を推定するキャリア周波数オフセット量推定手段と、前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前記キャリア周波数オフセット量を用いて、１シンボル当りの位相回転量（サンプリング周波数オフセット量）を算出するサンプリング周波数オフセット量算出手段と、前記サンプリング周波数オフセット量と前記キャリア周波数オフセット量とを用いて、同期検波に必要な基準情報を補正する基準情報補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態１の構成を示す図である。図１において、１は時間／周波数同期部であり、２はＦＦＴウインドウ設定部であり、３はＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部であり、４は基準情報生成部であり、５はパイロット情報抽出部であり、６はキャリア周波数オフセット量検出部であり、７はサンプリング周波数オフセット量算出部であり、８は位相トラッキング部であり、９は検波部である。
【００２０】
本実施の形態の無線伝送装置の動作を説明する。アンテナを介して受信した信号は、周波数変換によりベースバンド信号Ｓ１となり、時間／周波数同期部１へ入力される。このベースバンド信号Ｓ１には送受信機間の発振器の周波数誤差による周波数オフセットが含まれている。時間／周波数同期部１では、ベースバンド信号Ｓ１内の特定部分（繰り返し部分、既知パターンなど）を参考に時間／周波数同期を行い、時間同期情報Ｓ２，周波数補正後の信号Ｓ３および周波数オフセット量情報Ｓ２０を出力する。
【００２１】
ＦＦＴウインドウ設定部２では、時間同期情報Ｓ２に基づいてフレーム内の各ＯＦＤＭシンボルの位置を計算し、ＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ４を生成する。このＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ４を利用して、ＦＦＴ部３では、周波数補正後の信号Ｓ３から一定範囲を切り出し、時間領域の信号をＦＦＴ演算によって周波数領域の信号に変換する。変換後の受信信号には、既知信号であるプリアンブル部Ｓ５とデータ部Ｓ６が含まれる。
【００２２】
プリアンブル部Ｓ５を受け取った基準情報生成部４では、同期検波のための基準情報Ｓ７を生成する。そして、データ部Ｓ６を受け取ったパイロット情報抽出部５では、当該データ部Ｓ６からパイロット情報Ｓ８を取り出す。
【００２３】
キャリア周波数オフセット量検出部６では、パイロット情報Ｓ８に基づいてキャリア周波数オフセット量（キャリア周波数オフセット量情報Ｓ９，Ｓ２１）を推定する。また、サンプリング周波数オフセット量算出部７では、時間／周波数同期部１出力の周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量検出部６出力のキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１（Ｓ９と同じ情報）から、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定し、サンプリング周波数ｆsを算出する。
【００２４】
キャリア周波数をｆc，測定されたキャリア周波数オフセットによるサンプルタイミング当りの位相回転量をφ，ＦＦＴサイズをＮf，ＯＦＤＭシンボル長をＮaとした場合、１ＯＦＤＭシンボル当りのサンプリング周波数による位相回転量θは、次式（２）で表すことができる。
θ＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×φ …（２）
【００２５】
上記式で算出したサンプリング周波数による位相回転量θを示すサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０と、上記で推定したキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９と、を用いて、位相トラッキング部８では、基準情報Ｓ７の補正を行い、位相補正後の基準情報Ｓ１１を生成する。最後に、検波部９では、補正後の基準情報Ｓ１１を用いてデータ部Ｓ６を検波し、検波後の受信データＳ１２を出力する。本実施の形態では、開ループ型の位相トラッキング処理が行われる（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行うことはない）。
【００２６】
このように、本実施の形態では、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定して、時間／周波数同期部１による周波数オフセット量と、時間／周波数同期部１により周波数同期後のパイロット情報に基づいて推定した残留キャリア周波数オフセット量と、からサンプリング周波数を算出し、このサンプリング周波数に基づいて１ＯＦＤＭシンボル当りの位相回転量であるサンプリング周波数オフセット量を算出する。これにより、送受信機間で発振器の精度に差がある場合であっても、正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できるため、従来よりも高精度に周波数オフセットを補償することができる。
【００２７】
実施の形態２．
図２は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態２の構成を示す図であり、１０はメモリ部である。また、Ｓ２２はメモリ部１０出力のデータ部である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００２８】
ここで、実施の形態２の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、ＦＦＴ演算によって１バースト分の信号が周波数領域に変換された後のデータ部Ｓ６が、メモリ部１０に蓄えられる。メモリ部１０に検波前のユーザデータ（データ部Ｓ６）が蓄えられるため、キャリア周波数オフセット量検出部６では、バースト内の全てのデータを用いて、高精度にキャリア周波数オフセット量を推定できる。
【００２９】
そして、検波部９では、周波数オフセット補正後の基準情報Ｓ１１を用いて、メモリ部１０から出力されるユーザデータ部Ｓ２２のＯＦＤＭシンボルの検波を行う。本実施の形態では、バースト後方の情報を用いてバースト全体の復調を行うことから、閉ループ型の位相トラッキング処理が行われる（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行う）。
【００３０】
このように、本実施の形態においては、メモリ部１０に検波前のユーザデータを蓄え、バースト内の全てのデータを用いてさらに正確にキャリア周波数オフセット量を推定する。これにより、さらに正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、バースト内のデータを利用することとしたが、これにかぎらず、複数バーストのデータを利用することとしてもよい。また、オフセット量の推定には、パイロット情報だけではなく、たとえば、判定帰還などの方法によりユーザデータ部分の情報を利用することとしてもよい。これは、前述の方法により再生されたユーザデータに対して誤り訂正を適用し、得られた情報を再度変調することによりノイズおよび周波数オフセットの除去された信号を得ることができる。この変調信号と受信信号を比較することにより、受信信号の残留周波数オフセット量の推定が可能となる。この情報をパイロット部分の情報と組み合わせることによって、より高精度なオフセット量の推定が実現できる。
【００３２】
実施の形態３．
図３は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態３の構成を示す図であり、１１はメモリ部である。また、Ｓ２３はメモリ部１１に保持された周波数オフセット量情報である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００３３】
ここで、実施の形態３の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、キャリア周波数オフセット量情報Ｓ９とサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０がメモリ部１１に送られ、メモリ部１１にて、過去の周波数オフセット量情報を用いて精密なオフセット量の推定を行う。具体的にいうと、メモリ部１１では、測定されたキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９およびサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０をバースト間にまたがって保持、そして平均化する。
【００３４】
そして、位相トラッキング部８では、メモリ部１１から出力される周波数オフセット量情報Ｓ２３を利用して最適化された基準情報Ｓ１１を出力する。メモリ部１１で算出される周波数オフセット量情報Ｓ２３は、バースト間，バースト内に関わらず過去の情報となるため、位相トラッキングは開ループ型の処理となる。
【００３５】
検波部９では、周波数オフセット補正された基準情報Ｓ１１を用いてＯＦＤＭシンボルの検波を行い、検波後の受信データＳ１２を出力する。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、正確に周波数オフセット量を推定できるとともに、ＦＦＴ後に復調すべき受信信号を蓄える必要がないため、リアルタイムの処理が可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成を示す図であり、１２はサンプリング周波数オフセット補正部である。また、Ｓ３０はサンプリング周波数オフセット補正を行うための情報であり、Ｓ３１は、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６に対してサブキャリア毎にサンプリング周波数オフセット補正を行った信号成分のうち既知信号にあたる部分であり、Ｓ３２は、同様の信号成分のうちデータ信号にあたる部分である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００３８】
ここで、実施の形態４の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、ＦＦＴ演算によって周波数領域に変換された後の信号Ｓ６に対するサンプリング周波数オフセット補正を、基準情報生成部４やキャリア周波数オフセット量検出部６に先立って実行する。これにより、その後の基準情報生成部４，キャリア周波数オフセット量検出部６，検波部９が、サンプリング周波数オフセットによる影響を回避できる。
【００３９】
図７は、加法性白色雑音付加環境（以下、ＡＷＧＮと表記）下における信号の一例を示す図である。詳細には、左図は、サンプリング周波数オフセットがない場合のＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６を示す図である。ここでは、HiSWANaやARIB-STD-T71（以下、802.11aと表記）における４本のコンテニュアスパイロット（以下、ＣＰと表記）サブキャリア（ｋ＝−２１，−７，７，２１）に相当する出力信号Ｓ６を描いている。破線が、ｎＯＦＤＭシンボル前の過去の信号点を表しており、実線が、現在の信号点を表している。また、θcは、時間／周波数同期部１にて除去できなかった残留位相量を表しており、これは全てのサブキャリアで同じ値をとる。また、θnは、雑音による誤差を表す。一方、右図は、過去の信号点と現在の信号点の差分を表しており、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcを併せて表記している。
【００４０】
この例では、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcには、雑音成分による誤差しか現れない。キャリア周波数オフセット量検出部６では、この変移量平均値を求め、これをキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９として位相トラッキング部８に出力する。位相トラッキング部８では、この情報に基づいて基準信号の位相を補正する。ＡＷＧＮ下で、サンプリング周波数オフセットがない場合は、基準信号の位相補正は雑音の影響だけを受ける。
【００４１】
また、図８は、ＡＷＧＮ下における信号の他の例を示す図である。詳細には、左図は、サンプリング周波数オフセットがある場合のＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６を示す図である。この場合の過去の信号点と現在の信号点の差分は、雑音成分による変動に加え、サブキャリア毎のサンプリング周波数オフセットによる位相回転量が付加されたものとなる。たとえば、ｋ＝７のサブキャリアの位相回転量をθsとすると、ｋ＝−２１，−７，７，２１の位相回転量は、それぞれ−３θs，−θs，θs，３θsである。また、ＡＷＧＮ下では、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６の振幅値がサブキャリア間で大きく異なることはない。その結果、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcは、ほぼ雑音による誤差のみとなる。この変移量平均値は、時間／周波数同期部１にて除去できなかった残留位相量であるから、この値を用いることで基準信号の位相追随を実現できる。
【００４２】
しかしながら、周波数毎に異なる状態を示す周波数選択性フェージング環境下においては、図７および図８の場合とは状況が異なる。たとえば、図９は、周波数選択性フェージング環境下における信号の一例（サンプリング周波数オフセットあり）を示す図である。周波数選択性フェージング環境下では、左図に見られるように、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６の振幅値がサブキャリア毎に異なっている。その結果、右図に見られるように、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcには大きな誤差が現れる。この大きな誤差を基準信号の位相トラッキング部８が受け取った場合、同期が外れ、ＢＥＲ特性，ＰＥＲ特性が大きく劣化する。
【００４３】
すなわち、実施の形態１，２，３の場合は、サンプリング周波数オフセット補正前のデータがキャリア周波数オフセット量検出部６に入力される構成となっているため、図７，図８のような状況では位相トラッキング部８により性能劣化を回避できるが、図９のような状況では特性が劣化する可能性がある。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、図９のような状況であっても特性劣化を回避可能な構成を示す。ここでは、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６におけるサンプリング周波数オフセットを、キャリア周波数オフセットよりも先に補正する。これにより、後続の各ブロックにおいて発生していたサンプリング周波数オフセットによる影響を除去する。
【００４５】
まず、サンプリング周波数オフセット量算出部７では、下記に示すように、サンプリング周波数オフセット量を算出する。
【００４６】
たとえば、キャリア周波数をｆc，サンプリング周波数をｆs，時間／周波数同期部１からの周波数オフセット量情報Ｓ２０である１サンプルあたりの位相回転量をΦs，キャリア周波数オフセット量検出部６からのキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１である１ＯＦＤＭシンボルあたりの位相回転量をΦo，基準信号から数えたＯＦＤＭシンボル数をｎ，サブキャリア番号をｋ，ＦＦＴサイズをＮf，ＯＦＤＭシンボル長をＮaとした場合、サンプリング周波数オフセット量算出部７によって計算されるサンプリング周波数オフセット補正情報Ｓ３０（＝ｎＯＦＤＭシンボル目のｋ番目のサブキャリアのサンプリング周波数オフセット量θnk）は、次式（３）で表すことができる。
θnk＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×（Φs＋Φo／Ｎa）×ｎ×ｋ …（３）
【００４７】
なお、上記サンプリング周波数オフセット補正情報Ｓ３０は、次式（４）に示すように、時間／周波数同期部１からの周波数オフセット量情報Ｓ２０のみを用い、周波数オフセット情報Ｓ２１を用いなくてもよい。この場合、性能劣化を伴う可能性はあるが、構成をシンプルにすることができる。
θnk＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×Φs×ｎ×ｋ …（４）
【００４８】
つぎに、サンプリング周波数オフセット補正部１２では、この算出された値に基づいて、ｎＯＦＤＭシンボル目のｋ番目のサブキャリアのサンプリング周波数オフセット量θnkを補正する。そして、この補正後の既知信号Ｓ３１およびデータ信号Ｓ３２を用いて、後続のブロックが実施の形態１，２，３と同様の処理を行い、最終的に検波後の受信データＳ１２を生成する。
【００４９】
なお、上記式（３），（４）で示したように、サンプリング周波数オフセット量は、キャリア周波数ｆcとサンプリング周波数ｆsの両方に依存する。そこで、複数のキャリア周波数を用いるようなマルチチャネル環境やサンプリング周波数を可変とするようなシステムで使用する場合には、サンプリング周波数オフセット量算出部７に対して、上記複数のキャリア周波数と上記可変のサンプリング周波数に関する情報を入力し、状況に応じて（３）式を変化させて、サンプリング周波数オフセット量を算出する構成としてもよい。これにより、複数の搬送波周波数を利用することが可能なシステムにおいても、高精度にサンプリング周波数オフセットを補正することができる。また、サンプリング周波数を可変にするようなシステムであっても、同様に高精度にサンプリング周波数オフセットを補正することができる。
【００５０】
また、実施の形態２で示したように、メモリ部１０を設けて、サンプリング周波数オフセット補正部１２から出力されるデータ信号Ｓ３２を記憶しておき、バースト内の全てのデータを用いてさらに正確に周波数オフセット量を推定してもよい。図１０は、この場合の無線伝送装置の構成を示す図である。
【００５１】
また、バースト内の全てのデータだけでなく、複数バーストのデータを利用することとしてもよい。また、オフセット量の推定には、パイロット情報だけでなく、たとえば、判定帰還などの方法によりユーザデータ部分の情報を利用することとしてもよい。この場合、前述の方法により再生されたユーザデータに対して誤り訂正を適用し、得られた情報を再度変調することで、ノイズおよび周波数オフセットが除去された信号を得ることができる。また、この変調信号と受信信号とを比較することにより、受信信号の残留周波数オフセット量の推定が可能となる。また、この情報をパイロット部分の情報と組み合わせることによって、さらに高精度なオフセット量の推定を実現できる。
【００５２】
また、時間／周波数同期部１から出力される周波数オフセット量情報Ｓ２０とキャリア周波数オフセット量検出部６から出力されるキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１とを保持する周波数オフセット量保持部１３を設ける構成としてもよい。図１１は、この場合の構成を示す図である。ここでは、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を周波数オフセット量保持部１３で保持する。周波数オフセット量保持部１３内では、平均化等の演算を行い、複数バースト間にまたがり各周波数オフセット情報を更新する。そして、更新後の周波数オフセット情報Ｓ３３を時間／周波数同期部１に通知し、さらに周波数オフセット情報の精度を高める。なお、これに限らず、たとえば、周波数オフセット量保持部１３が、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１の全てを保持し、その蓄積された周波数オフセット情報Ｓ３３を時間／周波数同期部１に通知し、時間／周波数同期部１が、時間／周波数同期部１内で平均化等の演算を行う構成としてもよい。
【００５３】
このように、本実施の形態においては、サンプリング周波数オフセット補正部をＦＦＴ部の直後に位置させる構成とした。すなわち、ＦＦＴ演算によって周波数領域に変換された後の信号に対するサンプリング周波数オフセット補正を、キャリア周波数オフセットの補正に先立って実行する構成とした。これにより、周波数選択性フェージングのようなサブキャリア毎にＦＦＴ出力の振幅が異なる厳しい環境であっても、精度よくサンプリング周波数オフセットを補正できる。
【００５４】
実施の形態５．
図１２は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態５の構成を示す図であり、１４は復調されたデータを解析し、データ送信元が所望の通信相手であるかを識別して、周波数オフセット量保持部を動作させるかどうかを決定する識別制御部である。また、Ｓ３４は、周波数オフセット量保持部１３へ新たに周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を入力するかどうかを決めるための信号である。なお、前述の実施の形態４と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１および実施の形態４と異なる動作についてのみ説明する。
【００５５】
ここで、実施の形態５の無線伝送装置の動作について説明する。802.11aのように不特定多数のユーザが混在し、不特定なタイミングで送信を行うシステムで、所望の通信相手を識別するためには、検波部９からの受信データを判定，復号後に解析する必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、識別制御部１４が、受信データＳ１２を判定，復号，解析し、たとえば、受信データの送信元が所望の相手である場合に、信号Ｓ３４を用いて、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を、周波数オフセット量保持部１３に取り込むための制御を行う。
【００５７】
また、受信データＳ１２の解析を行った結果、受信データの送信元が所望の相手でなかった場合、識別制御部１４では、信号Ｓ３４を用いて、または、信号Ｓ３４を出力しないことを用いて、その旨を周波数オフセット量保持部１３に伝える。この動作により、周波数オフセット量保持部１３は、新たに入力された周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を取り込まないこととした。
【００５８】
そして、周波数オフセット量保持部１３では、実施の形態４と同様に、取り込んだ周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１に対して平均化等の演算を行い、複数バースト間にまたがり各周波数オフセット情報を更新する。その後、更新後の周波数オフセット情報Ｓ３３を時間周波数同期部１に伝える。
【００５９】
このように、本実施の形態においては、不特定のユーザが不特定なタイミングで送信を行うシステムであっても、所望の相手の受信信号に対するキャリア周波数オフセット量およびサンプリング周波数オフセット量を高精度に推定することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定して、時間／周波数同期手段による周波数オフセット量と、ＦＦＴ演算後のパイロット情報に基づいて推定した残留キャリア周波数オフセット量と、からサンプリング周波数を算出し、このサンプリング周波数に基づいて１シンボル当りの位相回転量であるサンプリング周波数オフセット量を算出する。これにより、送受信機間で発振器の精度に差がある場合であっても、正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できるため、従来よりも高精度に周波数オフセットを補償することができる、という効果を奏する。
【００６１】
つぎの発明によれば、データ保持手段に検波前のユーザデータを蓄え、バースト内の全てのデータを用いて正確にキャリア周波数オフセット量を推定する。これにより、さらに正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できる、という効果を奏する。
【００６２】
つぎの発明によれば、複数バースト分のデータを利用してキャリア周波数オフセット量を推定することとしたため、さらに正確にキャリア周波数オフセット量を推定できる、という効果を奏する。
【００６３】
つぎの発明によれば、正確に周波数オフセット量を推定できるとともに、ＦＦＴ後に復調すべき受信信号（データ）を蓄える必要がないため、リアルタイムの処理が可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態２の構成を示す図である。
【図３】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態３の構成を示す図である。
【図４】 ダウンリンクバーストの構成を示す図である。
【図５】 従来の受信機の構成を示す図である。
【図６】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成を示す図である。
【図７】 加法性白色雑音付加環境下における信号の一例を示す図である。
【図８】 加法性白色雑音付加環境下における信号の一例を示す図である。
【図９】 周波数選択性フェージング環境下における信号の一例を示す図である。
【図１０】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成例を示す図である。
【図１１】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成例を示す図である。
【図１２】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態５の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 時間／周波数同期部、２ ＦＦＴウインドウ設定部、３ ＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部、４ 基準情報生成部、５ パイロット情報抽出部、６ キャリア周波数オフセット量検出部、７ サンプリング周波数オフセット量算出部、８ 位相トラッキング部、９ 検波部、１０，１１ メモリ部、１２ サンプリング周波数オフセット補正部、１３ 周波数オフセット量保持部、１４ 識別制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のキャリアを用いて信号を伝送する無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用する無線伝送装置に関するものであり、特に、双方向移動体通信システムにおいて効果的に周波数オフセットを補正する無線伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のマルチキャリア無線伝送装置について説明する。移動体通信において、送信局および受信局は個別に発振器を備えるが、一般的に、移動機に搭載される発振器は、基地局に搭載される発振器に比べて価格や重量の問題から精度が劣る場合が多い。また、送信局と受信局の間で無線通信を実現するためには、双方の間で周波数的な同期を取る必要がある。しかしながら、上記の理由により送受信機間には周波数誤差が発生する。そして、受信機においてこれらの周波数誤差は、ダウンコンバート時のキャリア周波数オフセットおよびＡ／Ｄコンバート時のサンプリング周波数オフセットとなって現れる。
【０００３】
ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信装置においては、キャリア周波数オフセットの影響は全サブキャリアで等しく、サンプリング周波数オフセットの影響は各サブキャリアに依存して現れる。たとえば、非特許文献１によれば、１ＯＦＤＭシンボル間隔の各サブキャリアの位相回転量φ（ｋ，ｌ）は、次式（１）で示されている。
φ（ｋ，ｌ）＝２πｌΔｆsＴe＋２πΔｆcＴs …（１）
【０００４】
ただし、ｋはシンボル番号（位相回転量はシンボル番号に非依存）を表し、lはサブキャリア番号を表し、Δｆsはサンプリング周波数オフセットを表し、Δｆcはキャリア周波数オフセットを表し、Ｔeは有効シンボル長を表し、ＴsはＯＦＤＭシンボル長を表す。また、上記文献には、各サブキャリアの位相回転量から、収束アルゴリズムによりキャリア周波数オフセットを求める方法が述べられている。
【０００５】
また、非特許文献２においては、連続的な伝送が行われるディジタル放送方式のシステムを想定したキャリア周波数オフセット，サンプリング周波数オフセットの補償方式が示されている。この方式では、ＯＦＤＭ信号に挿入されるガードインターバル（情報信号の部分繰り返し波形）を利用し、時間領域においてキャリア周波数オフセット量およびサンプリング周波数オフセット量を個別に推定し、受信機の発振器の周波数を調整することにより、オフセットを補償する。ここでは、これらのオフセット補償に閉ループ型のアルゴリズム（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行う）が用いられている。なお、連続した信号受信が前提となる。
【０００６】
また、近年では、移動体通信における通信速度の高速化要求に伴って、無線ＬＡＮなどのバースト動作を前提とした双方向移動体通信においてもＯＦＤＭに代表されるマルチキャリア伝送方式が採用されてきている。
【０００７】
また、図４は、非特許文献３（以下、HiSWANaと表記）で規定されたダウンリンクバーストの構成を示す図である。HiSWANaは、無線ＬＡＮを実現するためのシステムであり、基地局（ＡＰ：アクセスポイント）と移動局（ＭＰ）との間で通信が行われる。HiSWANaのダウンリンクでは、バースト先頭のプリアンブル部分で各サブキャリアの振幅変動および位相回転量（以下、基準情報と表記）を測定し、この測定結果に基づいて後続のデータであるＯＦＤＭシンボルを復調する。このとき、サンプリング周波数オフセットまたはキャリア周波数オフセットが存在する場合には、各キャリアに位相回転が生じるため、プリアンブル部の位相回転量とデータ部の位相回転量に差が発生し、特にバースト長が長くなった場合に復調特性が劣化する。
【０００８】
そこで、各ＯＦＤＭシンボルにおいて前述の位相回転量φ（ｋ，ｌ）を測定し、位相トラッキング処理が行われる。ＯＦＤＭシステムにおいては、復調時のＦＦＴの段階でキャリア周波数オフセットが存在すると、サブキャリア間干渉により復調特性が大きく劣化するため、通常、ＦＦＴ前の段階で周波数オフセット補正（ＡＦＣ）が行われている。したがって、検波時に問題となる周波数オフセットは上記補正後の残留誤差である。
【０００９】
図５は、従来の受信機の構成を示す図である。図５において、１０１は時間／周波数同期部であり、１０２はＦＦＴウインドウ設定部であり、１０３はＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部であり、１０４は基準情報生成部であり、１０５はパイロット情報抽出部であり、１０６はキャリア周波数オフセット量検出部であり、１０７はサンプリング周波数オフセット量検出部であり、１０８は位相トラッキング部であり、１０９は検波部である。
【００１０】
ここで、従来の受信機（無線伝送装置）の動作を説明する。受信信号Ｓ１０１を受け取った時間／周波数同期部１０１では、時間軸でタイミング同期位置の推定および周波数オフセット補正（ＡＦＣ）を行う。
【００１１】
ＦＦＴウインドウ設定部１０２では、時間／周波数同期部１０１出力の時間同期情報Ｓ１０２に基づいて受信データ系列に対してＦＦＴウインドウを設定する。ＦＦＴ部１０３では、ＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ１０４に従って受信信号Ｓ１０３を周波数軸信号へ変換する。なお、受信信号Ｓ１０３には、既知信号であるプリアンブル部Ｓ１０５とデータ部Ｓ１０６が含まれる。
【００１２】
プリアンブル部Ｓ１０５を受け取った基準情報生成部１０４では、同期検波のための基準情報Ｓ１０７を生成する。一般的に、基準情報Ｓ１０７は、受信信号系列に含まれる周波数オフセット（時間／周波数同期部１０１による補正後の残留誤差）によって、バーストの先頭部と後方で異なる値となる。プリアンブル部Ｓ１０５はバースト先頭に配置されるため、基準情報Ｓ１０７は、バースト後方では不適当なものとなり、受信特性が劣化する。また、データ部Ｓ１０６には、一部のサブキャリアに上記残留誤差を補正するためのパイロット信号が配置されている。
【００１３】
パイロット情報抽出部１０５では、データ部Ｓ１０６からパイロット情報Ｓ１０８を取り出し、キャリア周波数オフセット量検出部１０６およびサンプリング周波数オフセット量検出部１０７では、パイロット情報Ｓ１０８に基づいて各オフセット値Ｓ１０９，Ｓ１１０を推定する。そして、これらの情報を利用して、位相トラッキング部１０８では、基準情報Ｓ１０７を更新する。最後に、検波部１０９では、補正後の基準情報Ｓ１１１により同期検波を行い、受信データＳ１１２を取り出す。
【００１４】
【非特許文献１】
電子情報通信学会総合大会 2000年 予稿集 pp.395 B--5--10「ＯＦＤＭシステムにおける同期方式の検討」
【非特許文献２】
２テレビジョン学会技術報告 BCS-'96-52 (1996年)「ＯＦＤＭ復調における周波数同期の検討」
【非特許文献３】
ARIB-STD-T70（HiSWANa）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の無線伝送装置においては、一般的に、キャリア周波数がサンプリング周波数に比べて非常に大きく、サンプリング周波数オフセットのオフセット量がキャリア周波数のオフセット量に比べて小さいため、上記パイロット情報Ｓ１０８から正確なオフセット量を推定することが困難である、という問題があった。特に、双方向移動体通信においては、リアルタイム性が重視されるため、バースト間にまたがる平均化処理を行わない場合、残留誤差により受信特性が大きく劣化する、という問題があった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な周波数オフセット除去機能を提供することが可能な無線伝送装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線伝送装置にあっては、無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用し、送信側と受信側の発振器の周波数誤差による周波数オフセットを補償する機能を有し、たとえば、受信信号内の特定部分を用いて時間／周波数同期を行い、当該同期処理において用いた周波数オフセット量を出力する時間／周波数同期手段と、ＦＦＴ演算後の受信信号から抽出したパイロット部分に基づいて残留するキャリア周波数オフセット量を推定するキャリア周波数オフセット量推定手段と、前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前記キャリア周波数オフセット量を用いて、１シンボル当りの位相回転量（サンプリング周波数オフセット量）を算出するサンプリング周波数オフセット量算出手段と、前記サンプリング周波数オフセット量と前記キャリア周波数オフセット量とを用いて、同期検波に必要な基準情報を補正する基準情報補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態１の構成を示す図である。図１において、１は時間／周波数同期部であり、２はＦＦＴウインドウ設定部であり、３はＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部であり、４は基準情報生成部であり、５はパイロット情報抽出部であり、６はキャリア周波数オフセット量検出部であり、７はサンプリング周波数オフセット量算出部であり、８は位相トラッキング部であり、９は検波部である。
【００２０】
本実施の形態の無線伝送装置の動作を説明する。アンテナを介して受信した信号は、周波数変換によりベースバンド信号Ｓ１となり、時間／周波数同期部１へ入力される。このベースバンド信号Ｓ１には送受信機間の発振器の周波数誤差による周波数オフセットが含まれている。時間／周波数同期部１では、ベースバンド信号Ｓ１内の特定部分（繰り返し部分、既知パターンなど）を参考に時間／周波数同期を行い、時間同期情報Ｓ２，周波数補正後の信号Ｓ３および周波数オフセット量情報Ｓ２０を出力する。
【００２１】
ＦＦＴウインドウ設定部２では、時間同期情報Ｓ２に基づいてフレーム内の各ＯＦＤＭシンボルの位置を計算し、ＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ４を生成する。このＦＦＴウインドウ位置情報Ｓ４を利用して、ＦＦＴ部３では、周波数補正後の信号Ｓ３から一定範囲を切り出し、時間領域の信号をＦＦＴ演算によって周波数領域の信号に変換する。変換後の受信信号には、既知信号であるプリアンブル部Ｓ５とデータ部Ｓ６が含まれる。
【００２２】
プリアンブル部Ｓ５を受け取った基準情報生成部４では、同期検波のための基準情報Ｓ７を生成する。そして、データ部Ｓ６を受け取ったパイロット情報抽出部５では、当該データ部Ｓ６からパイロット情報Ｓ８を取り出す。
【００２３】
キャリア周波数オフセット量検出部６では、パイロット情報Ｓ８に基づいてキャリア周波数オフセット量（キャリア周波数オフセット量情報Ｓ９，Ｓ２１）を推定する。また、サンプリング周波数オフセット量算出部７では、時間／周波数同期部１出力の周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量検出部６出力のキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１（Ｓ９と同じ情報）から、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定し、サンプリング周波数ｆsを算出する。
【００２４】
キャリア周波数をｆc，測定されたキャリア周波数オフセットによるサンプルタイミング当りの位相回転量をφ，ＦＦＴサイズをＮf，ＯＦＤＭシンボル長をＮaとした場合、１ＯＦＤＭシンボル当りのサンプリング周波数による位相回転量θは、次式（２）で表すことができる。
θ＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×φ …（２）
【００２５】
上記式で算出したサンプリング周波数による位相回転量θを示すサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０と、上記で推定したキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９と、を用いて、位相トラッキング部８では、基準情報Ｓ７の補正を行い、位相補正後の基準情報Ｓ１１を生成する。最後に、検波部９では、補正後の基準情報Ｓ１１を用いてデータ部Ｓ６を検波し、検波後の受信データＳ１２を出力する。本実施の形態では、開ループ型の位相トラッキング処理が行われる（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行うことはない）。
【００２６】
このように、本実施の形態では、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定して、時間／周波数同期部１による周波数オフセット量と、時間／周波数同期部１により周波数同期後のパイロット情報に基づいて推定した残留キャリア周波数オフセット量と、からサンプリング周波数を算出し、このサンプリング周波数に基づいて１ＯＦＤＭシンボル当りの位相回転量であるサンプリング周波数オフセット量を算出する。これにより、送受信機間で発振器の精度に差がある場合であっても、正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できるため、従来よりも高精度に周波数オフセットを補償することができる。
【００２７】
実施の形態２．
図２は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態２の構成を示す図であり、１０はメモリ部である。また、Ｓ２２はメモリ部１０出力のデータ部である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００２８】
ここで、実施の形態２の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、ＦＦＴ演算によって１バースト分の信号が周波数領域に変換された後のデータ部Ｓ６が、メモリ部１０に蓄えられる。メモリ部１０に検波前のユーザデータ（データ部Ｓ６）が蓄えられるため、キャリア周波数オフセット量検出部６では、バースト内の全てのデータを用いて、高精度にキャリア周波数オフセット量を推定できる。
【００２９】
そして、検波部９では、周波数オフセット補正後の基準情報Ｓ１１を用いて、メモリ部１０から出力されるユーザデータ部Ｓ２２のＯＦＤＭシンボルの検波を行う。本実施の形態では、バースト後方の情報を用いてバースト全体の復調を行うことから、閉ループ型の位相トラッキング処理が行われる（時間的に未来の情報を用いて過去のデータの検波を行う）。
【００３０】
このように、本実施の形態においては、メモリ部１０に検波前のユーザデータを蓄え、バースト内の全てのデータを用いてさらに正確にキャリア周波数オフセット量を推定する。これにより、さらに正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、バースト内のデータを利用することとしたが、これにかぎらず、複数バーストのデータを利用することとしてもよい。また、オフセット量の推定には、パイロット情報だけではなく、たとえば、判定帰還などの方法によりユーザデータ部分の情報を利用することとしてもよい。これは、前述の方法により再生されたユーザデータに対して誤り訂正を適用し、得られた情報を再度変調することによりノイズおよび周波数オフセットの除去された信号を得ることができる。この変調信号と受信信号を比較することにより、受信信号の残留周波数オフセット量の推定が可能となる。この情報をパイロット部分の情報と組み合わせることによって、より高精度なオフセット量の推定が実現できる。
【００３２】
実施の形態３．
図３は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態３の構成を示す図であり、１１はメモリ部である。また、Ｓ２３はメモリ部１１に保持された周波数オフセット量情報である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００３３】
ここで、実施の形態３の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、キャリア周波数オフセット量情報Ｓ９とサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０がメモリ部１１に送られ、メモリ部１１にて、過去の周波数オフセット量情報を用いて精密なオフセット量の推定を行う。具体的にいうと、メモリ部１１では、測定されたキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９およびサンプリング周波数オフセット量情報Ｓ１０をバースト間にまたがって保持、そして平均化する。
【００３４】
そして、位相トラッキング部８では、メモリ部１１から出力される周波数オフセット量情報Ｓ２３を利用して最適化された基準情報Ｓ１１を出力する。メモリ部１１で算出される周波数オフセット量情報Ｓ２３は、バースト間，バースト内に関わらず過去の情報となるため、位相トラッキングは開ループ型の処理となる。
【００３５】
検波部９では、周波数オフセット補正された基準情報Ｓ１１を用いてＯＦＤＭシンボルの検波を行い、検波後の受信データＳ１２を出力する。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、正確に周波数オフセット量を推定できるとともに、ＦＦＴ後に復調すべき受信信号を蓄える必要がないため、リアルタイムの処理が可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成を示す図であり、１２はサンプリング周波数オフセット補正部である。また、Ｓ３０はサンプリング周波数オフセット補正を行うための情報であり、Ｓ３１は、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６に対してサブキャリア毎にサンプリング周波数オフセット補正を行った信号成分のうち既知信号にあたる部分であり、Ｓ３２は、同様の信号成分のうちデータ信号にあたる部分である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００３８】
ここで、実施の形態４の無線伝送装置の動作について説明する。本実施の形態では、ＦＦＴ演算によって周波数領域に変換された後の信号Ｓ６に対するサンプリング周波数オフセット補正を、基準情報生成部４やキャリア周波数オフセット量検出部６に先立って実行する。これにより、その後の基準情報生成部４，キャリア周波数オフセット量検出部６，検波部９が、サンプリング周波数オフセットによる影響を回避できる。
【００３９】
図７は、加法性白色雑音付加環境（以下、ＡＷＧＮと表記）下における信号の一例を示す図である。詳細には、左図は、サンプリング周波数オフセットがない場合のＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６を示す図である。ここでは、HiSWANaやARIB-STD-T71（以下、802.11aと表記）における４本のコンテニュアスパイロット（以下、ＣＰと表記）サブキャリア（ｋ＝−２１，−７，７，２１）に相当する出力信号Ｓ６を描いている。破線が、ｎＯＦＤＭシンボル前の過去の信号点を表しており、実線が、現在の信号点を表している。また、θcは、時間／周波数同期部１にて除去できなかった残留位相量を表しており、これは全てのサブキャリアで同じ値をとる。また、θnは、雑音による誤差を表す。一方、右図は、過去の信号点と現在の信号点の差分を表しており、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcを併せて表記している。
【００４０】
この例では、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcには、雑音成分による誤差しか現れない。キャリア周波数オフセット量検出部６では、この変移量平均値を求め、これをキャリア周波数オフセット量情報Ｓ９として位相トラッキング部８に出力する。位相トラッキング部８では、この情報に基づいて基準信号の位相を補正する。ＡＷＧＮ下で、サンプリング周波数オフセットがない場合は、基準信号の位相補正は雑音の影響だけを受ける。
【００４１】
また、図８は、ＡＷＧＮ下における信号の他の例を示す図である。詳細には、左図は、サンプリング周波数オフセットがある場合のＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６を示す図である。この場合の過去の信号点と現在の信号点の差分は、雑音成分による変動に加え、サブキャリア毎のサンプリング周波数オフセットによる位相回転量が付加されたものとなる。たとえば、ｋ＝７のサブキャリアの位相回転量をθsとすると、ｋ＝−２１，−７，７，２１の位相回転量は、それぞれ−３θs，−θs，θs，３θsである。また、ＡＷＧＮ下では、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６の振幅値がサブキャリア間で大きく異なることはない。その結果、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcは、ほぼ雑音による誤差のみとなる。この変移量平均値は、時間／周波数同期部１にて除去できなかった残留位相量であるから、この値を用いることで基準信号の位相追随を実現できる。
【００４２】
しかしながら、周波数毎に異なる状態を示す周波数選択性フェージング環境下においては、図７および図８の場合とは状況が異なる。たとえば、図９は、周波数選択性フェージング環境下における信号の一例（サンプリング周波数オフセットあり）を示す図である。周波数選択性フェージング環境下では、左図に見られるように、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６の振幅値がサブキャリア毎に異なっている。その結果、右図に見られるように、４本のＣＰサブキャリアの電力で重み付けを行った変移量平均値と期待値θcには大きな誤差が現れる。この大きな誤差を基準信号の位相トラッキング部８が受け取った場合、同期が外れ、ＢＥＲ特性，ＰＥＲ特性が大きく劣化する。
【００４３】
すなわち、実施の形態１，２，３の場合は、サンプリング周波数オフセット補正前のデータがキャリア周波数オフセット量検出部６に入力される構成となっているため、図７，図８のような状況では位相トラッキング部８により性能劣化を回避できるが、図９のような状況では特性が劣化する可能性がある。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、図９のような状況であっても特性劣化を回避可能な構成を示す。ここでは、ＦＦＴ部３の出力信号Ｓ６におけるサンプリング周波数オフセットを、キャリア周波数オフセットよりも先に補正する。これにより、後続の各ブロックにおいて発生していたサンプリング周波数オフセットによる影響を除去する。
【００４５】
まず、サンプリング周波数オフセット量算出部７では、下記に示すように、サンプリング周波数オフセット量を算出する。
【００４６】
たとえば、キャリア周波数をｆc，サンプリング周波数をｆs，時間／周波数同期部１からの周波数オフセット量情報Ｓ２０である１サンプルあたりの位相回転量をΦs，キャリア周波数オフセット量検出部６からのキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１である１ＯＦＤＭシンボルあたりの位相回転量をΦo，基準信号から数えたＯＦＤＭシンボル数をｎ，サブキャリア番号をｋ，ＦＦＴサイズをＮf，ＯＦＤＭシンボル長をＮaとした場合、サンプリング周波数オフセット量算出部７によって計算されるサンプリング周波数オフセット補正情報Ｓ３０（＝ｎＯＦＤＭシンボル目のｋ番目のサブキャリアのサンプリング周波数オフセット量θnk）は、次式（３）で表すことができる。
θnk＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×（Φs＋Φo／Ｎa）×ｎ×ｋ …（３）
【００４７】
なお、上記サンプリング周波数オフセット補正情報Ｓ３０は、次式（４）に示すように、時間／周波数同期部１からの周波数オフセット量情報Ｓ２０のみを用い、周波数オフセット情報Ｓ２１を用いなくてもよい。この場合、性能劣化を伴う可能性はあるが、構成をシンプルにすることができる。
θnk＝（ｆsＮa／ｆcＮf）×Φs×ｎ×ｋ …（４）
【００４８】
つぎに、サンプリング周波数オフセット補正部１２では、この算出された値に基づいて、ｎＯＦＤＭシンボル目のｋ番目のサブキャリアのサンプリング周波数オフセット量θnkを補正する。そして、この補正後の既知信号Ｓ３１およびデータ信号Ｓ３２を用いて、後続のブロックが実施の形態１，２，３と同様の処理を行い、最終的に検波後の受信データＳ１２を生成する。
【００４９】
なお、上記式（３），（４）で示したように、サンプリング周波数オフセット量は、キャリア周波数ｆcとサンプリング周波数ｆsの両方に依存する。そこで、複数のキャリア周波数を用いるようなマルチチャネル環境やサンプリング周波数を可変とするようなシステムで使用する場合には、サンプリング周波数オフセット量算出部７に対して、上記複数のキャリア周波数と上記可変のサンプリング周波数に関する情報を入力し、状況に応じて（３）式を変化させて、サンプリング周波数オフセット量を算出する構成としてもよい。これにより、複数の搬送波周波数を利用することが可能なシステムにおいても、高精度にサンプリング周波数オフセットを補正することができる。また、サンプリング周波数を可変にするようなシステムであっても、同様に高精度にサンプリング周波数オフセットを補正することができる。
【００５０】
また、実施の形態２で示したように、メモリ部１０を設けて、サンプリング周波数オフセット補正部１２から出力されるデータ信号Ｓ３２を記憶しておき、バースト内の全てのデータを用いてさらに正確に周波数オフセット量を推定してもよい。図１０は、この場合の無線伝送装置の構成を示す図である。
【００５１】
また、バースト内の全てのデータだけでなく、複数バーストのデータを利用することとしてもよい。また、オフセット量の推定には、パイロット情報だけでなく、たとえば、判定帰還などの方法によりユーザデータ部分の情報を利用することとしてもよい。この場合、前述の方法により再生されたユーザデータに対して誤り訂正を適用し、得られた情報を再度変調することで、ノイズおよび周波数オフセットが除去された信号を得ることができる。また、この変調信号と受信信号とを比較することにより、受信信号の残留周波数オフセット量の推定が可能となる。また、この情報をパイロット部分の情報と組み合わせることによって、さらに高精度なオフセット量の推定を実現できる。
【００５２】
また、時間／周波数同期部１から出力される周波数オフセット量情報Ｓ２０とキャリア周波数オフセット量検出部６から出力されるキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１とを保持する周波数オフセット量保持部１３を設ける構成としてもよい。図１１は、この場合の構成を示す図である。ここでは、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を周波数オフセット量保持部１３で保持する。周波数オフセット量保持部１３内では、平均化等の演算を行い、複数バースト間にまたがり各周波数オフセット情報を更新する。そして、更新後の周波数オフセット情報Ｓ３３を時間／周波数同期部１に通知し、さらに周波数オフセット情報の精度を高める。なお、これに限らず、たとえば、周波数オフセット量保持部１３が、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１の全てを保持し、その蓄積された周波数オフセット情報Ｓ３３を時間／周波数同期部１に通知し、時間／周波数同期部１が、時間／周波数同期部１内で平均化等の演算を行う構成としてもよい。
【００５３】
このように、本実施の形態においては、サンプリング周波数オフセット補正部をＦＦＴ部の直後に位置させる構成とした。すなわち、ＦＦＴ演算によって周波数領域に変換された後の信号に対するサンプリング周波数オフセット補正を、キャリア周波数オフセットの補正に先立って実行する構成とした。これにより、周波数選択性フェージングのようなサブキャリア毎にＦＦＴ出力の振幅が異なる厳しい環境であっても、精度よくサンプリング周波数オフセットを補正できる。
【００５４】
実施の形態５．
図１２は、本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態５の構成を示す図であり、１４は復調されたデータを解析し、データ送信元が所望の通信相手であるかを識別して、周波数オフセット量保持部を動作させるかどうかを決定する識別制御部である。また、Ｓ３４は、周波数オフセット量保持部１３へ新たに周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を入力するかどうかを決めるための信号である。なお、前述の実施の形態４と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、前述の実施の形態１および実施の形態４と異なる動作についてのみ説明する。
【００５５】
ここで、実施の形態５の無線伝送装置の動作について説明する。802.11aのように不特定多数のユーザが混在し、不特定なタイミングで送信を行うシステムで、所望の通信相手を識別するためには、検波部９からの受信データを判定，復号後に解析する必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、識別制御部１４が、受信データＳ１２を判定，復号，解析し、たとえば、受信データの送信元が所望の相手である場合に、信号Ｓ３４を用いて、周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を、周波数オフセット量保持部１３に取り込むための制御を行う。
【００５７】
また、受信データＳ１２の解析を行った結果、受信データの送信元が所望の相手でなかった場合、識別制御部１４では、信号Ｓ３４を用いて、または、信号Ｓ３４を出力しないことを用いて、その旨を周波数オフセット量保持部１３に伝える。この動作により、周波数オフセット量保持部１３は、新たに入力された周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１を取り込まないこととした。
【００５８】
そして、周波数オフセット量保持部１３では、実施の形態４と同様に、取り込んだ周波数オフセット量情報Ｓ２０およびキャリア周波数オフセット量情報Ｓ２１に対して平均化等の演算を行い、複数バースト間にまたがり各周波数オフセット情報を更新する。その後、更新後の周波数オフセット情報Ｓ３３を時間周波数同期部１に伝える。
【００５９】
このように、本実施の形態においては、不特定のユーザが不特定なタイミングで送信を行うシステムであっても、所望の相手の受信信号に対するキャリア周波数オフセット量およびサンプリング周波数オフセット量を高精度に推定することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、送信機内部のキャリア周波数生成用発振器とサンプリング周波数生成用発振器が同一の原振を使用していると仮定して、時間／周波数同期手段による周波数オフセット量と、ＦＦＴ演算後のパイロット情報に基づいて推定した残留キャリア周波数オフセット量と、からサンプリング周波数を算出し、このサンプリング周波数に基づいて１シンボル当りの位相回転量であるサンプリング周波数オフセット量を算出する。これにより、送受信機間で発振器の精度に差がある場合であっても、正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できるため、従来よりも高精度に周波数オフセットを補償することができる、という効果を奏する。
【００６１】
つぎの発明によれば、データ保持手段に検波前のユーザデータを蓄え、バースト内の全てのデータを用いて正確にキャリア周波数オフセット量を推定する。これにより、さらに正確にサンプリング周波数オフセット量を推定できる、という効果を奏する。
【００６２】
つぎの発明によれば、複数バースト分のデータを利用してキャリア周波数オフセット量を推定することとしたため、さらに正確にキャリア周波数オフセット量を推定できる、という効果を奏する。
【００６３】
つぎの発明によれば、正確に周波数オフセット量を推定できるとともに、ＦＦＴ後に復調すべき受信信号（データ）を蓄える必要がないため、リアルタイムの処理が可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態２の構成を示す図である。
【図３】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態３の構成を示す図である。
【図４】 ダウンリンクバーストの構成を示す図である。
【図５】 従来の受信機の構成を示す図である。
【図６】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成を示す図である。
【図７】 加法性白色雑音付加環境下における信号の一例を示す図である。
【図８】 加法性白色雑音付加環境下における信号の一例を示す図である。
【図９】 周波数選択性フェージング環境下における信号の一例を示す図である。
【図１０】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成例を示す図である。
【図１１】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態４の構成例を示す図である。
【図１２】 本発明にかかる無線伝送装置の実施の形態５の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 時間／周波数同期部、２ ＦＦＴウインドウ設定部、３ ＦＦＴ（高速フーリエ変換部）部、４ 基準情報生成部、５ パイロット情報抽出部、６ キャリア周波数オフセット量検出部、７ サンプリング周波数オフセット量算出部、８ 位相トラッキング部、９ 検波部、１０，１１ メモリ部、１２ サンプリング周波数オフセット補正部、１３ 周波数オフセット量保持部、１４ 識別制御部。
Claims (11)
- 無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用し、送信側と受信側の発振器の周波数誤差による周波数オフセットを補償する機能を有する無線伝送装置において、
受信信号内の特定部分を用いて時間／周波数同期を行い、当該同期処理において用いた周波数オフセット量を出力する時間／周波数同期手段と、
ＦＦＴ演算後の受信信号から抽出したパイロット部分に基づいて残留するキャリア周波数オフセット量を推定するキャリア周波数オフセット量推定手段と、
前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前記キャリア周波数オフセット量を用いて、１シンボル当りの位相回転量（サンプリング周波数オフセット量）を算出するサンプリング周波数オフセット量算出手段と、
前記サンプリング周波数オフセット量と前記キャリア周波数オフセット量とを用いて、同期検波に必要な基準情報を補正する基準情報補正手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送装置。 - さらに、ＦＦＴ演算後の受信信号におけるデータ部分をバースト単位に保持するデータ保持手段を備え、
前記キャリア周波数オフセット量推定手段は、バースト内の全てのデータを用いてキャリア周波数オフセット量を推定することを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。 - 前記キャリア周波数オフセット量推定手段は、複数バースト分のデータを利用してキャリア周波数オフセット量を推定することを特徴とする請求項２に記載の無線伝送装置。
- さらに、前記キャリア周波数オフセット量と前記サンプリング周波数オフセット量を保持し、当該保持された各周波数オフセット量および過去の各周波数オフセット量に基づいて周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定手段を備え、
前記基準情報補正手段は、前記周波数オフセット推定手段により推定された周波数オフセット量を用いて前記基準情報を補正することを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。 - 無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用し、送信側と受信側の発振器の周波数誤差による周波数オフセットを補償する機能を有する無線伝送装置において、
受信信号内の特定部分を用いて時間／周波数同期を行い、初期の時間／周波数同期確立後の信号とともに、当該同期処理において用いた周波数オフセット量を出力する時間／周波数同期手段と、
前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前回の受信処理時に推定されたキャリア周波数オフセット量を用いて、１シンボルあたりの位相回転量（サンプリング周波数オフセット量）を算出するサンプリング周波数オフセット量算出手段と、
前記サンプリング周波数オフセット量を用いてＦＦＴ演算後の受信信号のサンプリング周波数オフセットを補正する補正手段と、
前記補正後の受信信号から抽出したパイロット部分に基づいて残留するキャリア周波数オフセット量を推定するキャリア周波数オフセット量推定手段と、
前記キャリア周波数オフセット量を用いて同期検波に必要な基準信号を補正する基準情報補正手段と、
前記補正後の基準情報を用いて前記補正後の受信信号を検波する検波手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送装置。 - 無線通信用マルチキャリア伝送方式を採用し、送信側と受信側の発振器の周波数誤差による周波数オフセットを補償する機能を有する無線伝送装置において、
受信信号内の特定部分を用いて時間／周波数同期を行い、初期の時間／周波数同期確立後の信号とともに、当該同期処理において用いた周波数オフセット量を出力する時間／周波数同期手段と、
前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量を用いて、１シンボルあたりの位相回転量（サンプリング周波数オフセット量）を算出するサンプリング周波数オフセット量算出手段と、
前記サンプリング周波数オフセット量を用いてＦＦＴ演算後の受信信号のサンプリング周波数オフセットを補正する補正手段と、
前記補正後の受信信号から抽出したパイロット部分に基づいて残留するキャリア周波数オフセット量を推定するキャリア周波数オフセット量推定手段と、
前記キャリア周波数オフセット量を用いて同期検波に必要な基準信号を補正する基準情報補正手段と、
前記補正後の基準情報を用いて前記補正後の受信信号を検波する検波手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送装置。 - さらに、前記サンプリング周波数オフセット量算出手段は、マルチチャネル環境やサンプリング周波数可変のシステムで使用する場合、複数のキャリア周波数と可変のサンプリング周波数に関する情報を受け取り、前記情報を用いて前記サンプリング周波数オフセット量を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の無線伝送装置。
- さらに、前記補正後の受信信号をバースト単位に保持するデータ保持手段を備え、
前記キャリア周波数オフセット量推定手段は、バースト内の全てのデータを用いてキャリア周波数オフセット量を推定することを特徴とする請求項５、６または７に記載の無線伝送装置。 - 前記キャリア周波数オフセット量推定手段は、複数バースト分のデータを利用してキャリア周波数オフセット量を推定することを特徴とする請求項８に記載の無線伝送装置。
- さらに、前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前記キャリア周波数オフセット量を蓄積する周波数オフセット量蓄積手段を備え、
前記時間／周波数同期手段が、蓄積された情報に基づいて周波数オフセット量を更新することを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の無線伝送装置。 - さらに、前記検波後の信号を判定、復号、解析し、当該解析結果に基づいて送信元が所望の相手であるかどうかを識別する識別制御手段を備え、
前記周波数オフセット量蓄積手段は、送信元が所望の相手であった場合に、前記時間／周波数同期手段出力の周波数オフセット量および前記キャリア周波数オフセット量を蓄積することを特徴とする請求項１０に記載の無線伝送装置。
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