JP4260722B2 - マルチキャリア信号復調回路およびマルチキャリア信号復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル無線通信システムにおいて、マルチキャリア信号の復調を行うマルチキャリア信号復調回路に関する。特に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式に対応するマルチキャリア信号復調回路およびマルチキャリア信号復調方法に関する。

マルチキャリア変調方式は、複数のサブキャリアを用いて情報を伝送する無線伝送方式である。入力データ信号は、サブキャリアごとにＱＰＳＫ（Quadrature phase shift keying)等に変調される。このマルチキャリア変調方式の中で、各サブキャリアの周波数が直交関係にあるＯＦＤＭ変調方式は、マルチパス伝搬が問題となる無線通信システムで広く用いられている。

ＯＦＤＭ変調方式は、マルチパスの影響を受けにくく高速伝送に適した変調方式であるが、さらなる伝送速度の向上を図るために、複数の送信アンテナから同一の周波数で同時に送信する空間分割多重方式が検討されている。この空間分割多重方式は、ＳＤＭ（Space division multiplexing ）伝送、あるいは複数の送信アンテナを用いた伝送路の特徴からＭＩＭＯ（Multi input multi output) 伝送とも呼ばれる。

図１５は、空間分割多重伝送システムの構成例を示す。図において、送信器は、シリアルパラレル変換（Ｓ／Ｐ）した各データ系列の送信信号を、符号器、インタリーバ、ＯＦＤＭ変調器を介して送信アンテナ（ここでは４本）から送信する構成である。受信器は、受信アンテナ（ここでは４本）の受信信号をＯＦＤＭ−ＳＤＭ復調器で処理し、各データ系列ごとにデインタリーバ、復号器を介してパラレルシリアル変換（Ｐ／Ｓ）して出力する構成である。なお、ＯＦＤＭに空間分割多重伝送を適用した場合には、ＯＦＤＭシンボルの送信タイミングは同期させて送信する必要がある。

空間分割多重伝送では、周波数帯域幅を増加させることなくアンテナ数に応じて伝送速度を高めることができる。例えば、伝送速度を２倍にする場合には、２本のアンテナから同時送信を行う。受信側のアンテナ数は、通常は送信側で用いたアンテナ数と同数である。ただし、復調回路で使用する信号検出方式（Zero-forcing(ZF)方式、Minimum mean square error(MMSE) 方式、Ordered successive detection(OSD) 方式、最尤推定検出(Maximum Likelihood detection:MLD)方式等）にもよるが、例えば優れた誤り率を実現するＭＬＤ方式を用いた場合には、１本の受信アンテナで受信しても復調可能である。一方、送信アンテナ数よりも受信アンテナ数が多い場合には、受信ダイバーシティ効果が得られる。

ここで、復調回路で使用するこれらの信号検出方式は、信号分離または干渉キャンセラとも呼ばれるが、その本質は多重化された信号からデータ系列ごとの送信信号を検出することである。この多重化されたＯＦＤＭ信号を受信するには、信号検出の前に受信信号に同期し、かつ受信信号から様々な歪み等を補正しながら復調することが必須になる。

図１６は、従来のマルチキャリア信号復調回路の構成例を示す（非特許文献１）。ここでは、２つのデータ系列を処理する２多重の受信信号が入力される場合を示す。

図において、受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１は、それぞれタイミング検出回路７１およびＡＦＣ（Automatic frequency control ：自動周波数制御）回路７２に入力される。タイミング検出回路７１は、受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１から受信タイミングを検出し、タイミング検出信号Ｓ２をＡＦＣ回路７２およびＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）回路７３に与える。ＡＦＣ回路７２は、タイミング検出信号Ｓ２に従って受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１に加わったキャリア周波数誤差を検出して補正する。ＦＦＴ回路７３は、ＡＦＣ回路７２でキャリア周波数誤差が補正されたＯＦＤＭ信号Ｓ３を入力し、タイミング検出信号Ｓ２に従って、マルチキャリア信号復調したサブキャリア信号Ｓ４を出力する。このサブキャリア信号Ｓ４は、データ系列ごとに着目すると、伝搬路上で空間分割多重化されたサブキャリア信号である。

サブキャリア信号Ｓ４は、それぞれチャネル推定回路７４および信号検出回路７５に入力される。チャネル推定回路７４は、入力するサブキャリア信号Ｓ４に対して伝搬路でのチャネルの歪みの推定を行い、チャネル推定信号Ｓ５を出力する。信号検出回路７５は、このチャネル推定信号Ｓ５を用いて、サブキャリア信号Ｓ４に対してデータ系列ごとの信号検出を行い、検出信号Ｓ６を出力する。

このように、従来のマルチキャリア信号復調回路では、空間分割多重信号の信号検出を行うために、まずタイミング検出を行い、そのタイミング検出信号を用いてキャリア周波数誤差の検出および補正を行い、マルチキャリア復調、そしてチャネル推定を行った後に信号検出を行う構成になっている。
平明徳 他、「ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるタイミング／周波数同期方式」、電子情報通信学会、信学技報 RCS2003-21

従来の無線ＬＡＮ方式（IEEE802.11a やIEEE802.11g など）では、信号の送受信はパケットごとに完全に独立なパケットモードで行われる。このようなパケットモードでは、受信パケットの先頭部にあるプリアンブル信号のみからタイミング検出等の同期に必要な処理を行う必要がある。

図１０は、IEEE802.11a にて規定されているＯＦＤＭ信号を用いたパケットフォーマットを示す。先頭のＰＬＣＰプリアンブルは、無線パケット信号の受信同期処理に必要な16μsec の既知の固定パターン信号である。10個のショートトレーニングシンボルからなるショートプリアンブル（８μsec ）は、サブキャリア数を12本に間引いた信号として規定され、主にＡＦＣ粗調整やタイミング検出などに利用される。２つのＯＦＤＭシンボルからなるロングプリアンブル（８μsec ）は、52本のサブキャリアすべてに既知パターンを割り当てた信号として規定され、主にＡＦＣ微調整やチャネル推定などに利用される。次に、データ部の伝送速度とパケット長を伝達するＳＩＧＮＡＬと呼ばれるヘッダ信号が送信される。ヘッダ信号は、１つのＯＦＤＭシンボルから構成される。

図１１は、IEEE802.11a のパケットフォーマットを周波数領域と時間領域の二次元表現で示す。網かけ部分が既知トレーニング信号である。データ部のＯＦＤＭシンボルにも既知トレーニング信号である４本のパイロットサブキャリアが挿入される。受信側では、このパイロットサブキャリアの観測により全サブキャリア共通の位相回転を検出し、基準位相の回転を補正する位相トラッキング処理が行われる。

ところで、従来の無線ＬＡＮ方式（IEEE802.11a やIEEE802.11g など）とのバックワードコンパチビィリティを実現しながら、無線パケットの高速伝送を実現する空間分割多重伝送を用いた無線ＬＡＮシステムが望まれている。この空間分割多重伝送を用いる無線ＬＡＮでは、IEEE802.11a に準拠した信号が多重化される前のＯＦＤＭ信号になる。

しかし、図１６に示す従来のマルチキャリア信号復調回路は、独立に送受信されるパケットモードでの通信ではなく、連続的に送受信される連続モードでの通信を前提としている。そのため、IEEE802.11a とのコンパチビィリティを確保し、パケットモードで送信されるＯＦＤＭ信号を復調するには、パケットモードでの同期精度が劣化する問題がある。また、従来のマルチキャリア信号復調回路は、独自のプリアンブルに基づく連続モードでのフレーム構成を前提としているため、従来の無線ＬＡＮ方式（IEEE802.11a やIEEE802.11g など）とのバックワードコンパチビィリティが確保できない問題もある。

さらに、無線ＬＡＮではコストの問題が重要であり、復調回路には安価な発振器を使用する場合が多い。この安価な発振器ではキャリア周波数誤差が大きくなるので、パケット信号からタイミング同期を確立する場合には、高精度なタイミング同期が必要になる。しかし、従来のマルチキャリア信号復調回路では、キャリア周波数誤差が大きい場合に、タイミング検出回路におけるタイミング検出精度が劣化する問題がある。

また、ＡＦＣ回路でキャリア周波数誤差の検出補正を行った場合には、その残留キャリア周波数誤差に起因する定常の位相回転が加わる。この補正を行わない場合にはパケット誤りが生じてしまう。従来のマルチキャリア信号復調回路は、連続的に送信される複数のフレームに渡る補正を行うことを前提としているために、独立して送信されるパケット信号に対しての残留キャリア周波数誤差の補正を行うことができない問題がある。

また、クロック信号に誤差が生じている場合には、各サブキャリアに周波数の異なる位相回転が加わる。しかし、従来のマルチキャリア信号復調回路は、キャリア周波数誤差の検出補正しか考慮していないので、クロック誤差が生じた場合の誤差補正ができない問題がある。

本発明は、以上示した各問題点に対して、既存システムとのバックワードコンパチビィリティを確保し、誤差量の大きなキャリア周波数誤差が存在する環境でも高精度なタイミング検出を可能とし、独立のパケット信号に対して残留キャリア周波数誤差補正を可能にし、さらにクロック誤差の補正を可能し、パケットごとに独立に送信される信号から同期を確立して空間分割多重伝送された信号の復調を可能にするマルチキャリア信号復調回路およびマルチキャリア信号復調方法を提供することを目的とする。

本発明は、マルチキャリア変調された受信信号の受信タイミングを検出するタイミング検出手段と、タイミング検出手段から出力されるタイミング検出信号に基づいて、受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正する第１の自動周波数制御手段と、タイミング検出信号に基づいて、第１の自動周波数制御手段でキャリア周波数誤差が補正された信号に対してマルチキャリア復調するマルチキャリア復調手段と、マルチキャリア復調手段から出力されるサブキャリア信号を用いて、伝搬路のチャネルの歪を推定するチャネル推定手段と、チャネル推定手段から出力されるチャネル推定信号を用いて、サブキャリア信号から送信信号を検出し、検出信号として出力する信号検出手段とを備えたマルチキャリア信号復調回路において、タイミング検出手段の前段に、受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正する第２の自動周波数制御手段を備える。

これにより、タイミング検出前にキャリア周波数誤差の検出補正を行うことができ、受信信号に誤差量の大きいキャリア周波数誤差が加わった場合でも、高精度にタイミング検出を行うことができる。

別な発明は、信号検出手段から出力される検出信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段を備える。これにより、信号検出後に残留キャリア周波数誤差に起因する定常の位相回転を補正することができる。

別な発明は、マルチキャリア復調手段と信号検出手段との間に、マルチキャリア復調手段から出力されるサブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段を備える。これにより、空間分割多重された信号の検出方式に依存せずに、残留キャリア周波数誤差に起因する定常の位相回転を補正することができる。

別な発明は、信号検出手段と定常位相回転検出補正手段との間に、第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、信号検出手段から出力される検出信号に加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正する位相回転検出補正手段を備える。これにより、信号検出後にクロック誤差に起因する各サブキャリアで異なる位相回転を補正することができる。

別な発明は、第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、マルチキャリア復調手段から出力されるサブキャリア信号のパイロットサブキャリアに加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するパイロット信号位相回転検出補正手段と、マルチキャリア復調手段と信号検出手段との間に、パイロット信号位相回転検出補正手段から出力されるパイロットサブキャリア信号を用いて、サブキャリア信号のデータサブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段と、第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、定常位相回転検出補正手段から出力されるデータサブキャリア信号に加わっているデータサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するデータ信号位相回転検出補正手段とを備える。

これにより、空間分割多重された信号の検出方式に依存せずに、残留キャリア周波数誤差に起因する定常の位相回転およびクロック誤差に起因する各サブキャリアで異なる位相回転を補正することができる。

また、第１の自動周波数誤差検出手段は、空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する構成としてもよい。

また、第２の自動周波数誤差検出手段は、空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する構成としてもよい。

また、定常位相回転検出補正手段は、空間分割多重されたデータ系列ごとに定常位相回転を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出した定常位相回転の検出値を平均化して補正する構成としてもよい。さらに、定常位相回転検出補正手段は、定常位相回転の検出結果を周波数軸方向に平均化する構成、または定常位相回転の検出結果を時間軸方向に複数シンボル分を平均化する構成、または定常位相回転の検出結果を周波数方向および時間軸方向に平均化する構成を含むようにしてもよい。

また、位相回転検出補正手段は、キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、データ系列ごとにサブキャリアごとの位相回転を補正する構成、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列のサブキャリアごとの位相回転を補正する構成としてもよい。

また、データ信号位相回転検出補正手段は、キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、データ系列ごとにデータサブキャリアごとの位相回転を補正する構成、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列のデータサブキャリアごとの位相回転を補正する構成としてもよい。

また、タイミング検出手段は、自信号の繰り返しを利用した自己相関型のタイミング検出構成、または送信波形と同じ波形をタイミング検出手段が備え、この信号と受信信号との相互相関を利用した相互相関型のタイミング検出構成としてもよい。さらに、タイミング検出手段は、空間分割多重されたデータ系列ごとにタイミング検出を行う構成、またはデータ系列ごとに得られるタイミング検出結果を平均化する構成、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に早いタイミングを選択する構成、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に遅いタイミングを選択する構成としてもよい。

本発明のマルチキャリア信号復調方法においても、本発明のマルチキャリア信号復調回路の各手段の処理手順が同様に実行される。

本発明のマルチキャリア信号復調回路およびマルチキャリア信号復調方法は、空間分割多重伝送され、かつパケットモードの信号に同期を確立して復調を行うことができる。また、従来システムとのバックワードコンパチビィリティを確保することができる。また、残留キャリア周波数誤差が生じた場合の位相回転補正をパケットごとに行うことができる。また、クロック誤差に起因する位相回転補正をパケットごとに行うことができる。さらに、キャリア周波数誤差が大きい場合にパケットごとの処理が可能な高精度なタイミング検出が可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明のマルチキャリア信号復調回路の第１の実施形態を示す。図において、受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１は、一方がＡＦＣ回路１１を介してタイミング検出回路７１に入力され、他方がＡＦＣ回路７２に入力される。ＡＦＣ回路１１では、受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１に加わったキャリア周波数誤差の検出補正が行われる。タイミング検出回路７１は、キャリア周波数誤差が補正された受信ＯＦＤＭ信号Ｓ７から受信タイミングを検出し、タイミング検出信号Ｓ２をＡＦＣ回路７２およびＦＦＴ回路７３に与える。ＡＦＣ回路７２は、タイミング検出信号Ｓ２に従って受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１に加わったキャリア周波数誤差の検出補正を行う。ＦＦＴ回路７３は、ＡＦＣ回路７２でキャリア周波数誤差が補正されたＯＦＤＭ信号Ｓ３を入力し、タイミング検出信号Ｓ２に従って、マルチキャリア信号復調したサブキャリア信号Ｓ４を出力する。このサブキャリア信号Ｓ４は、データ系列ごとに着目すると、伝搬路上で空間分割多重化されたサブキャリア信号である。

サブキャリア信号Ｓ４は、それぞれチャネル推定回路７４および信号検出回路７５に入力される。チャネル推定回路７４は、入力するサブキャリア信号Ｓ４に対して伝搬路でのチャネルの歪みの推定を行い、チャネル推定信号Ｓ５を出力する。信号検出回路７５は、このチャネル推定信号Ｓ５を用いて、シングル伝送の場合には同期検波を行い、空間分割多重伝送されたサブキャリア信号Ｓ４に対してデータ系列ごとの信号検出を行い、検出信号Ｓ６を出力する。

本発明のマルチキャリア信号復調回路は、IEEE802.11a システムとのバックワードコンパチビィリティを確保しつつ、空間分割多重伝送された信号を復調するため、図１２に示すIEEE802.11a 信号との共通部分を備えたパケットフォーマットを用いる。図１３は、IEEE802.11a 信号との共通部分を備えたパケットフォーマットを周波数領域と時間領域の二次元表現で示す。図１４は、３多重送信の場合におけるパイロット信号の例を示す。

本実施形態のマルチキャリア信号復調回路の同期、復調動作について、図１２のパケットフォーマットを参照して以下に説明する。

ＡＦＣ回路１１は、受信ＯＦＤＭ信号Ｓ１のショートプリアンブルを用いて、受信信号レベルの検出や復調に必要な信号レベルの利得の調整を行う。さらに、キャリア周波数誤差の粗調整が行われる。これにより、タイミング検出回路７１では、キャリア周波数誤差が大きい場合でも、ショートプリアンブルを用いてタイミング検出を適切に行うことができる。なお、タイミング検出はロングプリアンブルを用いて行ってもよいが、その場合でもタイミング検出回路７１の前段のＡＦＣ回路１１でキャリア周波数誤差の粗調整を行う。

次に、データ信号に対するＡＦＣ回路７２は、ショートプリアンブルを用いてキャリア周波数誤差の粗調整を行い、さらにロングプリアンブルを用いてキャリア周波数誤差の微調整を行う。この微調整では、前段のショートプリアンブルで行われた粗調整より精度の高いキャリア周波数補正を行う。このキャリア周波数誤差の微調整は、タイミング検出回路７１で検出されたタイミング検出信号Ｓ２を用いて、キャリア周波数誤差を検出するタイミングで決定される。キャリア周波数誤差の検出補正およびタイミング検出がされたＯＦＤＭ信号Ｓ３はＦＦＴ回路７３に入力され、タイミング検出信号Ｓ２に従って空間分割多重化されたサブキャリア信号Ｓ４が復調される。

チャネル推定回路７４は、サブキャリア信号に変換されたロングプリアンブルを用いてチャネル推定を行う。このチャネル推定は、多重化されずに送信される受信パケット自体の情報が記載されるＳＩＧＮＡＬあるいは拡張ＳＩＧＮＡＬに対して行われる。ロングプリアンブルに続くＳＩＧＮＡＬでは、IEEE802.11a の信号か、あるいは空間分割多重されたＭＩＭＯ信号かを識別する。拡張ＳＩＧＮＡＬには、それ以降に受信するＭＩＭＯ信号部分の情報が記載される。なお、ＳＩＧＮＡＬおよび拡張ＳＩＧＮＡＬは、ロングプリアンブル以降に受信されるデータの復調に必要なサブキャリア変調方式の種類、伝送速度、パケット長、多重数等の情報が記載される情報シンボルである。これらの情報シンボルは、対象システムに応じて２シンボルである必要はなく、１シンボルでもよい。また、伝送されるパケットの条件が規定されている場合は、これらの情報シンボルの送信は必要ない。次のＭＩＭＯプリアンブルでは、複数のアンテナから送信された信号の歪を推定するチャネル推定が再度行われる。推定されたチャネルの歪を示すチャネル推定信号Ｓ５は、信号検出回路７５に入力され、空間分割多重化されたサブキャリア信号Ｓ４から各データ系列ごとの検出信号Ｓ６が出力される。

図２は、ＡＦＣ回路１１，７２の構成例を示す。図２(1) は各データ系列ごとに独立にキャリア周波数誤差を検出して補正する構成であり、各データ系列ごとにキャリア周波数誤差検出回路２１−１，２１−２と、キャリア周波数誤差補正回路２２−１，２２−２を備える。図２(2) は各データ系列のキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する構成であり、各データ系列ごとにキャリア周波数誤差検出回路２１−１，２１−２と、その検出値を平均化する平均化回路２３と、平均化されたキャリア周波数誤差に応じた補正を行うキャリア周波数誤差補正回路２２−１，２２−２を備える。

また、ＡＦＣ回路１１，７２は、システムの要求値に応じてキャリア周波数誤差の粗調整または微調整を個別に行う構成、あるいはその両方を行う構成をとることができる。この場合でも、データ系列ごとに独立に処理する構成と、キャリア周波数誤差の検出値を平均化する構成を選択することができる。なお、キャリア周波数誤差検出回路２１−１，２１−２が出力する粗調整誤差信号および微調整誤差信号は、後述する位相回転検出補正回路（図６の１３、図７(1) ）あるいはデータ信号位相回転補正回路（図８の１５、図９(1) ）でも利用される。また、平均化回路２３から出力される平均化された粗調整誤差信号および微調整誤差信号は、後述する位相回転検出補正回路（図６の１３、図７(2) ）あるいはデータ信号位相回転補正回路（図８の１５、図９(2) ）でも利用される。

また、タイミング検出回路７１は、自信号の繰り返しを利用した自己相関型のタイミング検出構成、あるいは送信波形と同じ波形をタイミング検出手段が備え、この信号と受信信号との相互相関を利用した相互相関型のタイミング検出構成のいずれでもよい。いずれの場合でも、ショートプリアンブルおよびロングプリアンブルのどちらでも利用可能である。

また、タイミング検出回路７１は、データ系列ごとに独立にタイミング検出を行う構成、あるいはデータ系列ごとに得られるタイミング検出結果を平均化する構成、あるいはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に早いタイミングを選択する構成、あるいはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に遅いタイミングを選択する構成をとることができる。

また、マルチキャリア信号復調回路では、検出されたタイミング信号に応じてガードインターバルと呼ばれる繰り返し信号区間を除去してから、マルチキャリア復調を行うことが可能である。

また、チャネル推定回路７４では、空間分割多重を行わないシングル伝送時のチャネル推定を行うことが可能であり、併せて空間分割多重を行ったＭＩＭＯ信号のチャネル推定を行うことができる。また、チャネル推定回路７４は、送信側のチャネル推定用の（ロング）プリアンブルの信号形式に応じた構成がとられる。例えば、受信側に備えたプリアンブルを用いて同期検波を行ってチャネル推定結果を得る構成、あるいは逆行列演算を行う構成をとることができる。

また、信号検出回路７５は、シングル伝送（図１２，１３のＳＩＳＯの信号部分）の場合には、単純な同期検波が行われる。さらに、空間分割多重された信号部分は、ＺＦ方式、ＭＭＳＥ方式、ＭＬＤ方式、ＯＳＤ方式、あるいはこれらの組み合わせ、さらにＭＬＤ方式の回路規模を簡易化した方式等の適用が可能である。特に、ＭＬＤ方式に基づいた信号検出は、シングル伝送時の信号検出にも適用可能である。

（第２の実施形態）
図３は、本発明のマルチキャリア信号復調回路の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、ＡＦＣ回路７２で発生した残留キャリア周波数誤差に起因する定常位相回転が検出信号Ｓ６に加わっており、それを補正するところにある。本実施形態では、第１の実施形態における信号検出回路７５の後段に定常位相回転検出補正回路１２を備え、検出信号Ｓ６に加わっている定常位相回転を検出して補正し、定常位相回転補正された検出信号Ｓ８を出力する。

図４は、定常位相回転検出補正回路１２の構成例を示す。図４(1) はデータ系列ごとに独立に定常位相回転を検出して補正する構成であり、各データ系列ごとに位相回転検出回路３１−１，３１−２と、位相回転補正回路３２−１，３２−２を備える。図４(2) はデータ系列ごとに得られる定常位相回転の検出結果を平均化して補正を行う構成であり、各データ系列ごとに位相回転検出回路３１−１，３１−２と、その検出値を平均化する平均化回路３３と、データ系列間で平均化された定常位相回転に応じた補正を行う位相回転補正回路３２−１，３２−２を備える。

また、位相回転検出回路３１−１，３１−２あるいは平均化回路３３は、定常位相回転の検出結果を周波数軸方向に平均化する構成、あるいは定常位相回転の検出結果を時間軸方向に複数シンボル分を平均化する構成、あるいは定常位相回転の検出結果を周波数方向および時間軸方向に平均化する構成を含むようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明のマルチキャリア信号復調回路の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第２の実施形態における定常位相回転検出補正回路１２を信号検出回路７５の前段に配置し、信号検出回路７５に入力するサブキャリア信号Ｓ４に加わっている残留キャリア周波数誤差に起因する定常位相回転を補正するところにある。

例えばＭＬＤ方式を用いる場合には信号検出前に位相回転補正を行う必要があり、本実施形態の構成を用いることにより、ＭＬＤ方式の優れた誤り率特性を実現することができる。なお、他の方式では、定常位相回転検出補正回路１２は信号検出回路７５の前段または後段のいずれでもよい。

（第４の実施形態）
図６は、本発明のマルチキャリア信号復調回路の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、クロック誤差に起因する位相回転が検出信号Ｓ６に加わっており、ＡＦＣ回路７２で検出された誤差信号（後述する粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２）を用いて、各サブキャリアの位相回転を検出補正するところにある。本実施形態では、第２の実施形態における信号検出回路７５と定常位相回転検出補正回路１２との間に位相回転検出補正回路１３を備え、検出信号Ｓ６に加わっている位相回転を検出補正し、位相回転補正された検出信号Ｓ10を定常位相回転検出補正回路１２に入力し、さら定常位相回転補正された検出信号Ｓ11を出力する。

通常、無線システムの復調回路には、基本タイミングを生成する発振器が存在する。この発振器から共通にキャリア周波数信号を生成し、また回路の動作を規定するクロック信号を生成している。したがって、ＡＦＣ回路７２で推定されるキャリア周波数の誤差からクロックの誤差を検出することができる。ＡＦＣ回路７２では、粗調整のキャリア周波数誤差検出および微調整のキャリア周波数誤差検出が可能であり、それぞれ検出された粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を出力する。位相回転検出補正回路１３は、この粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、クロック誤差に起因した各サブキャリアで異なる位相回転を補正する。なお、タイミング検出回路７１の前段のＡＦＣ回路１１で検出される粗調整誤差信号を用いることも可能である。

図７は、位相回転検出補正回路１３の構成例を示す。図７(1) は、各データ系列の粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、データ系列ごとに独立にクロック誤差に起因した各サブキャリアの位相回転を補正する構成であり、各データ系列ごとにクロック誤差検出回路４１−１，４１−２と、位相回転補正回路４２−１，４２−２を備える。

図７(2) は、図２(2) の構成で得られる平均化された粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、データ系列ごとにクロック誤差に起因した各サブキャリアの位相回転を補正する構成であり、クロック誤差検出回路４１と、クロック誤差検出回路４１が出力するクロック誤差に応じた補正を各データ系列ごとに行う位相回転補正回路４２−１，４２−２を備える。

（第５の実施形態）
図８は、本発明のマルチキャリア信号復調回路の第５の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、パイロットサブキャリアのクロック誤差に起因する位相回転を検出補正し、位相回転補正されたパイロットサブキャリアを用いて、サブキャリア信号Ｓ４のデータサブキャリアに加わっている残留キャリア周波数誤差に起因する定常位相回転を検出補正し、さらにデータサブキャリアのクロック誤差に起因する位相回転を検出補正するところにある。

本実施形態では、第３の実施形態におけるＦＦＴ回路７３と信号検出回路７５との間に、パイロット信号位相回転検出補正回路１４およびデータ信号位相回転検出補正回路１５を備える。パイロット信号位相回転検出補正回路１４は、ＦＦＴ回路７３から出力されるサブキャリア信号Ｓ４を入力し、ＡＦＣ回路７２から出力される粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、パイロット信号の各サブキャリアの位相回転の検出補正を行う。この位相回転補正されたパイロット信号Ｓ12には、定常の位相回転のみが加わっている。定常位相回転検出補正回路１２は、この位相回転補正されたパイロット信号Ｓ12を用いて、サブキャリア信号Ｓ４の中のデータサブキャリアに対して定常位相回転の検出補正を行い、定常位相回転補正されたデータ信号Ｓ13を出力する。データ信号位相回転検出補正回路１５は、ＡＦＣ回路７２から出力される粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、定常位相回転補正されたデータ信号Ｓ13の各サブキャリアの位相回転の検出補正を行う。信号検出回路７５は、チャネル推定信号Ｓ５を用いて位相回転補正されたデータ信号Ｓ14の信号検出を行い、検出信号Ｓ１５が出力される。

図９は、データ信号位相回転検出補正回路１５の構成例を示す。図９(1) は、各データ系列の粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、データ系列ごとに独立にクロック誤差に起因した各データサブキャリアの位相回転を補正する構成であり、各データ系列ごとにクロック誤差検出回路５１−１，５１−２と、位相回転補正回路５２−１，５２−２を備える。

図９(2) は、図２(2) の構成で得られる平均化された粗調整誤差信号Ｓ９−１および微調整誤差信号Ｓ９−２を用いて、データ系列ごとにクロック誤差に起因した各データサブキャリアの位相回転を補正する構成であり、クロック誤差検出回路５１と、クロック誤差検出回路４１が出力するクロック誤差に応じた補正を各データ系列ごとに行う位相回転補正回路５２−１，５２−２を備える。

以上説明した各回路は、常に動作させず、必要なときにのみ動作させる構成をとることにより、消費電力の低減を図ることができる。

本発明のマルチキャリア信号復調回路の第１の実施形態を示す図。 ＡＦＣ回路１１，７２の構成例を示す図。 本発明のマルチキャリア信号復調回路の第２の実施形態を示す図。 定常位相回転検出補正回路１２の構成例を示す図。 本発明のマルチキャリア信号復調回路の第３の実施形態を示す図。 本発明のマルチキャリア信号復調回路の第４の実施形態を示す図。 位相回転検出補正回路１３の構成例を示す図。 本発明のマルチキャリア信号復調回路の第５の実施形態を示す図。 データ信号位相回転検出補正回路１５の構成例を示す図。 IEEE802.11a にて規定されているＯＦＤＭ信号を用いたパケットフォーマットを示す図。 二次元表現によるIEEE802.11a のパケットフォーマットを示す図。 本発明で用いるパケットフォーマット示す図。 本発明で用いるパケットフォーマットの二次元表現を示す図。 ３多重送信の場合におけるパイロット信号の例を示す図。 空間分割多重伝送システムの構成例を示す図。 従来のマルチキャリア信号復調回路の構成例を示す図。

符号の説明

１１ ＡＦＣ回路
１２ 定常位相回転検出補正回路
１３ 位相回転検出補正回路
１４ パイロット信号位相回転検出補正回路
１５ データ信号位相回転検出補正回路
２１ キャリア周波数誤差検出回路
２２ キャリア周波数誤差補正回路
３１ 位相回転検出回路
３２ 位相回転補正回路
４１ クロック誤差検出回路
４２ 位相回転補正回路
５１ クロック誤差検出回路
５２ 位相回転補正回路
７１ タイミング検出回路
７２ ＡＦＣ回路
７３ ＦＦＴ回路
７４ チャネル推定回路
７５ 信号検出回路

Claims (26)

1. マルチキャリア変調された受信信号の受信タイミングを検出するタイミング検出手段と、
   前記タイミング検出手段から出力されるタイミング検出信号に基づいて、前記受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正する第１の自動周波数制御手段と、
   前記タイミング検出信号に基づいて、前記第１の自動周波数制御手段でキャリア周波数誤差が補正された信号に対してマルチキャリア復調するマルチキャリア復調手段と、
   前記マルチキャリア復調手段から出力されるサブキャリア信号を用いて、伝搬路のチャネルの歪を推定するチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定手段から出力されるチャネル推定信号を用いて、前記サブキャリア信号から送信信号を検出し、検出信号として出力する信号検出手段と
   を備えたマルチキャリア信号復調回路において、
   前記タイミング検出手段の前段に、前記受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正する第２の自動周波数制御手段を備えた
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
2. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記信号検出手段から出力される前記検出信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段を備えた
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
3. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記マルチキャリア復調手段と前記信号検出手段との間に、前記マルチキャリア復調手段から出力される前記サブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段を備えた
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
4. 請求項２に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記信号検出手段と前記定常位相回転検出補正手段との間に、前記第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記信号検出手段から出力される前記検出信号に加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正する位相回転検出補正手段を備えた
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
5. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記マルチキャリア復調手段から出力される前記サブキャリア信号のパイロットサブキャリアに加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するパイロット信号位相回転検出補正手段と、
   前記マルチキャリア復調手段と前記信号検出手段との間に、前記パイロット信号位相回転検出補正手段から出力される前記パイロットサブキャリア信号を用いて、前記サブキャリア信号のデータサブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正する定常位相回転検出補正手段と、
   前記第１の自動周波数制御手段から出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記定常位相回転検出補正手段から出力される前記データサブキャリア信号に加わっているデータサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するデータ信号位相回転検出補正手段と を備えたことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
6. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記第１の自動周波数誤差検出手段は、
   空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
7. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記第２の自動周波数誤差検出手段は、
   空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
8. 請求項２，３，５のいずれかに記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記定常位相回転検出補正手段は、
   空間分割多重されたデータ系列ごとに定常位相回転を検出して補正する構成、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出した定常位相回転の検出値を平均化して補正する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
9. 請求項８に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
   前記定常位相回転検出補正手段は、
   前記定常位相回転の検出結果を周波数軸方向に平均化する構成、または前記定常位相回転の検出結果を時間軸方向に複数シンボル分を平均化する構成、または前記定常位相回転の検出結果を周波数方向および時間軸方向に平均化する構成を含む
   ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
10. 請求項４に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
    前記位相回転検出補正手段は、
    前記キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記サブキャリアごとの位相回転を補正する構成、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記サブキャリアごとの位相回転を補正する構成である
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
11. 請求項５に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
    前記データ信号位相回転検出補正手段は、
    前記キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記データサブキャリアごとの位相回転を補正する構成、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記データサブキャリアごとの位相回転を補正する構成である
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
12. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
    前記タイミング検出手段は、
    自信号の繰り返しを利用した自己相関型のタイミング検出構成、または送信波形と同じ波形をタイミング検出手段が備え、この信号と受信信号との相互相関を利用した相互相関型のタイミング検出構成である
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
13. 請求項１に記載のマルチキャリア信号復調回路において、
    前記タイミング検出手段は、
    空間分割多重されたデータ系列ごとにタイミング検出を行う構成、またはデータ系列ごとに得られるタイミング検出結果を平均化する構成、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に早いタイミングを選択する構成、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に遅いタイミングを選択する構成である
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調回路。
14. マルチキャリア変調された受信信号の受信タイミングを検出するステップ１と、
    、
    前記ステップ１で検出されたタイミング検出信号に基づいて、前記受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正するステップ２と、
    前記タイミング検出信号に基づいて、前記ステップ２でキャリア周波数誤差が補正された信号に対してマルチキャリア復調するステップ３と、
    前記ステップ３でマルチキャリア復調されたサブキャリア信号を用いて、伝搬路のチャネルの歪を推定するステップ４と、
    前記ステップ４で推定されたチャネル推定信号を用いて、前記サブキャリア信号から送信信号を検出し、検出信号として出力するステップ５と
    を有するマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ１の前段で、前記受信信号からキャリア周波数誤差を検出して補正するステップ６を有する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
15. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ５で検出された前記検出信号に加わっている定常位相回転を検出して補正するステップ７を有する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
16. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ３と前記ステップ５との間に、前記ステップ３でマルチキャリア復調された前記サブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正するステップ７を有する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
17. 請求項１５に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ５と前記ステップ７との間に、前記ステップ２で出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記ステップ５で出力される前記検出信号に加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するステップ８を有する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
18. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ２で出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記ステップ３で出力される前記サブキャリア信号のパイロットサブキャリアに加わっているサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するステップ９と、
    前記ステップ３と前記ステップ４との間に、前記ステップ９で出力される前記パイロットサブキャリア信号を用いて、前記サブキャリア信号のデータサブキャリア信号に加わっている定常位相回転を検出して補正するステップ７と、
    前記ステップ２で出力されるキャリア周波数誤差信号を入力し、前記ステップ７で出力される前記データサブキャリア信号に加わっているデータサブキャリアごとの位相回転を検出して補正するステップ１０とを有する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
19. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ２は、
    空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
20. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ６は、
    空間分割多重されたデータ系列ごとにキャリア周波数誤差を検出して補正する、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出したキャリア周波数誤差の検出値を平均化して補正する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
21. 請求項１５，１６，１８のいずれかに記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ７は、
    空間分割多重されたデータ系列ごとに定常位相回転を検出して補正する、または空間分割多重されたデータ系列ごとに検出した定常位相回転の検出値を平均化して補正する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
22. 請求項２１に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ７は、
    前記定常位相回転の検出結果を周波数軸方向に平均化する、または前記定常位相回転の検出結果を時間軸方向に複数シンボル分を平均化する、または前記定常位相回転の検出結果を周波数方向および時間軸方向に平均化する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
23. 請求項１７に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ８は、
    前記キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記サブキャリアごとの位相回転を補正する、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記サブキャリアごとの位相回転を補正する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
24. 請求項１８に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ１０は、
    前記キャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記データサブキャリアごとの位相回転を補正する、または平均化されたキャリア周波数誤差信号を用いてクロック誤差を検出し、各データ系列の前記データサブキャリアごとの位相回転を補正する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
25. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ１は、
    自信号の繰り返しを利用した自己相関型のタイミング検出を行う、または送信波形と同じ波形を有し、この信号と受信信号との相互相関を利用した相互相関型のタイミング検出を行う
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
26. 請求項１４に記載のマルチキャリア信号復調方法において、
    前記ステップ１は、
    空間分割多重されたデータ系列ごとにタイミング検出を行う、またはデータ系列ごとに得られるタイミング検出結果を平均化する、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に早いタイミングを選択する、またはデータ系列ごとに得られる検出タイミングの時間的に遅いタイミングを選択する
    ことを特徴とするマルチキャリア信号復調方法。
    

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