JP4327684B2 - OFDM signal transmitting method and OFDM signal transmitting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、複数の送信アンテナを用いるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号送信方法及びOFDM信号送信装置に関する。 The present invention relates to an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal transmission method and an OFDM signal transmission apparatus using a plurality of transmission antennas.
OFDM信号送信方式の中でも、特に複数の送信アンテナによってそれぞれ異なるデータを同時に送信する方式は、大容量のデータを高速に送信できるという利点を有する反面、データの誤り率特性が劣化しやすい。そこで、送信側でパイロットシンボルと呼ばれる既知信号を特定の一つまたは複数のサブキャリアに重畳することでパイロットサブキャリアを形成し、受信側でパイロットサブキャリアに基づいて各サブキャリアの伝搬路補償あるいは周波数オフセット補償を行うことで、誤り率特性の良い受信信号を得る方法が知られている。 Among OFDM signal transmission schemes, especially the scheme of simultaneously transmitting different data using a plurality of transmission antennas has the advantage of being able to transmit a large amount of data at high speed, but the error rate characteristics of the data are likely to deteriorate. Therefore, a pilot subcarrier is formed by superimposing a known signal called a pilot symbol on one or a plurality of specific subcarriers on the transmission side, and propagation path compensation of each subcarrier is performed based on the pilot subcarriers on the reception side. There is known a method of obtaining a received signal with good error rate characteristics by performing frequency offset compensation.
このように複数の送信アンテナにより同一周波数のパイロットサブキャリアを用いて同一の既知信号を送信する場合、各々のパイロットサブキャリアの送信信号が互いに干渉し合うことにより、指向性ビームが形成される。IEEE802.11a規格に基づくOFDM信号のように、パイロットサブキャリアの間隔(約4.4MHz)に比較してキャリア周波数(5GHz帯)が高い場合、各々のパイロットサブキャリアに対応する指向性ビームはほぼ同一の方向を向く。この場合、各々の指向性ビームの電界が急激に落ち込むヌル点も同じ方向を向いてしまうため、ヌル点の方向ではパイロットサブキャリアを受信することがほとんど不可能になり、受信特性は急激に悪化する。 In this way, when the same known signal is transmitted using a plurality of transmission antennas using pilot subcarriers of the same frequency, the transmission signals of the pilot subcarriers interfere with each other to form a directional beam. When the carrier frequency (5 GHz band) is higher than the pilot subcarrier interval (about 4.4 MHz) as in the OFDM signal based on the IEEE 802.11a standard, the directional beam corresponding to each pilot subcarrier is almost equal. Face in the same direction. In this case, the null point at which the electric field of each directional beam suddenly falls also points in the same direction, so it is almost impossible to receive pilot subcarriers in the null point direction, and the reception characteristics deteriorate rapidly. To do.
このような問題に対処するため、特許文献1にはある一つの送信アンテナのみによってパイロットサブキャリアを送信し、その他の送信アンテナではパイロットサブキャリアの周波数帯でヌル信号を送信する手法が開示されている。この手法によると、複数の送信アンテナからパイロットサブキャリアが送信されることによる各パイロットサブキャリア間の相互干渉の問題が回避されるため、指向性ビームの形成による受信特性の悪化を防止できる。
特許文献1のように単一の送信アンテナのみからパイロットサブキャリアを送信する方法では、複数の送信アンテナからパイロットサブキャリアを送信する場合に比較してパイロットサブキャリアの全送信電力が低下することになり、これは受信機の受信性能を悪化させる。
In the method of transmitting pilot subcarriers from only a single transmission antenna as in
単一の送信アンテナからのパイロットサブキャリアの送信電力を各送信アンテナからのデータサブキャリアの送信電力よりも大きくすれば、パイロットサブキャリアの全送信電力を増大させることができ、受信性能は向上する。反面、単一の送信アンテナからのパイロットサブキャリアの送信電力を大きくすることは、OFDM信号の周波数帯域内で送信電力にむらを生じさせることになるから、複合三次歪みを発生させ、また送信信号のダイナミックレンジを増大させて受信機のD/A変換器の仕様(特に、入力ダイナミックレンジ)を厳しくしてしまう。 If the transmission power of pilot subcarriers from a single transmission antenna is made larger than the transmission power of data subcarriers from each transmission antenna, the total transmission power of pilot subcarriers can be increased and reception performance is improved. . On the other hand, increasing the transmission power of pilot subcarriers from a single transmission antenna will cause uneven transmission power within the frequency band of the OFDM signal. This increases the dynamic range of the D / A converter of the receiver (especially the input dynamic range).
本発明の目的は、パイロットサブキャリアの送信電力を低下させることなく、複合3次歪みを減少させるOFDM信号送信方法を提供することにある。さらに、本発明は高品質な受信が可能になるエリアを増大させることを目的とする。 An object of the present invention is to provide an OFDM signal transmission method that reduces the composite third-order distortion without reducing the transmission power of pilot subcarriers. A further object of the present invention is to increase the area where high-quality reception is possible.
本発明の第1の観点によれば、複数の送信アンテナを用いて互いに直交する複数のサブキャリアを有するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号を送信するOFDM信号送信方法において、データ信号の送信のためのデータサブキャリアを生成するステップと、前記複数の送信アンテナ間で複数の単位時間内において互いに直交し、かつ前記単位時間の整数倍の周期で周波数が変化する、パイロット信号の送信のためのパイロットサブキャリアを生成するステップと、前記データサブキャリア及びパイロットサブキャリアから前記OFDM信号を生成するステップとを具備する。 According to a first aspect of the present invention, in an OFDM signal transmission method for transmitting an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal having a plurality of subcarriers orthogonal to each other using a plurality of transmission antennas, A pilot for transmitting a pilot signal, wherein the pilot signals are orthogonal to each other within a plurality of unit times and have a frequency that is an integer multiple of the unit time. Generating subcarriers, and generating the OFDM signal from the data subcarriers and pilot subcarriers.
ここで、前記パイロットサブキャリアは周波数軸上でも直交していてもよい。また、前記パイロットサブキャリアは、例えば前記複数の送信アンテナ間で複数の単位時間内において互いに直交するPN(pseudorandom noise)系列とパイロットサブキャリアの極性を示すデータとの積よりなる。 Here, the pilot subcarriers may be orthogonal on the frequency axis. In addition, the pilot subcarrier includes, for example, a product of a PN (pseudorandom noise) sequence orthogonal to each other within a plurality of unit times between the plurality of transmission antennas and data indicating the polarity of the pilot subcarrier.
本発明の第2の観点によれば、複数の送信アンテナを用いて互いに直交する複数のサブキャリアを有するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号を送信するOFDM信号送信装置において、データ信号の送信のためのデータサブキャリアを生成する手段と、前記複数の送信アンテナ間で複数の単位時間内において互いに直交し、かつ前記単位時間の整数倍の周期で周波数が変化する、パイロット信号の送信のためのパイロットサブキャリアを生成する手段と、前記データサブキャリア及びパイロットサブキャリアから前記OFDM信号を生成する手段とを具備する。 According to the second aspect of the present invention, in an OFDM signal transmission apparatus that transmits an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal having a plurality of subcarriers orthogonal to each other using a plurality of transmission antennas, And a pilot for transmitting a pilot signal, wherein the pilot signals are orthogonal to each other within a plurality of unit times and have a frequency that is an integer multiple of the unit time. Means for generating subcarriers, and means for generating the OFDM signal from the data subcarriers and pilot subcarriers.
本発明によると、ある一つのパイロットサブキャリアの受信電力が小さくとも、他のパイロットサブキャリアの受信電力が大きくなる可能性が高くなる。従って、全てのパイロットサブキャリアの受信電力が同時に落ち込んでしまうような、いわゆる不感帯を減らすことができ、高品質な受信が可能になるエリアが増大する。また、各送信アンテナからのパイロットサブキャリアの送信電力を均一にできるため、複合3次歪みの発生がなく、D/A変換器の入力ダイナミックレンジを特に大きくする必要もなくなる。 According to the present invention, even if the received power of one pilot subcarrier is small, the possibility that the received power of other pilot subcarriers is increased is increased. Therefore, a so-called dead zone in which the reception power of all pilot subcarriers simultaneously drops can be reduced, and the area where high-quality reception is possible increases. Further, since the transmission power of pilot subcarriers from each transmission antenna can be made uniform, there is no occurrence of complex third-order distortion, and there is no need to particularly increase the input dynamic range of the D / A converter.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1に示されるように、本発明の第1の実施形態に従うOFDMシステムでは、複数の送信アンテナ101a,101bを有するOFDM信号送信装置100からそれぞれOFDM信号が送信される。送信されたOFDM信号は、複数の受信アンテナ201a,201bを有するOFDM信号受信装置200によって受信される。ここでは、OFDM信号送信装置100が二つの送信アンテナ101a,101bを有し、OFDM信号受信装置200が二つの受信アンテナ201a,201bを有する場合について述べるが、これに限られず、3つ以上の送信アンテナ及び受信アンテナを有する場合にも本発明は有効である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, in the OFDM system according to the first embodiment of the present invention, an OFDM signal is transmitted from an OFDM
図2(a)(b)に模式的に示すように、本実施形態ではOFDM信号送信装置100において異なる2つの送信データから2つのOFDM信号を形成し、これらを異なる送信アンテナ101a,101bから送信する。図2(a)に示す第1OFDM信号は、送信データDATA_a(N,K)が重畳されており、図2(b)に示す第2OFDM信号は、送信データDATA_b(N,K)が重畳されている。ここで、DATA_a(N,K)は、送信アンテナ101aから送信されるデータでNシンボル目のKサブキャリアで送信されている信号を表す。DATA_b(N,K)は、送信アンテナ101bから送信されるデータでNシンボル目のKサブキャリアで送信されている信号を表す。パイロットサブキャリアについては後述する。
As schematically shown in FIGS. 2A and 2B, in the present embodiment, the OFDM
今、送信アンテナ101aから受信アンテナ201aまでの伝搬路の伝達関数(以下、伝搬路の伝達関数を伝搬路応答値という)をHaa、送信アンテナ101aから受信アンテナ202bまでの伝搬路応答値をHab、送信アンテナ101bから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHba、送信アンテナ101bから受信アンテナ202bまでの伝搬路応答値をHbbとすれば、受信アンテナ201aの受信信号RXa及び受信アンテナ201bの受信信号RXbは、次のように記述できる。
Now, the transfer function of the propagation path from the
TXa及びTXbは、それぞれ送信アンテナ101a及び101bからの送信信号を示す。受信信号RXa及びRXbに、伝搬路応答値Haa, Hab, Hba, Hbbで形成される行列の逆行列を乗じることにより、送信信号TXa及びTXbを復調することができる。
第1の実施形態では、データを送信するためのデータサブキャリアとは別に、周波数オフセットやクロックオフセットの残留位相誤差の補償に用いる既知信号を送信するためのパイロットサブキャリアが用いられる。すなわち、受信時にはパイロットサブキャリアにより送信されてくる既知信号を用いて残留位相誤差の検出及び補償を行う。
TXa and TXb indicate transmission signals from the
In the first embodiment, apart from a data subcarrier for transmitting data, a pilot subcarrier for transmitting a known signal used for compensating a residual phase error of a frequency offset or a clock offset is used. That is, at the time of reception, a residual phase error is detected and compensated using a known signal transmitted by a pilot subcarrier.
ここで、比較のために説明すると先の特許文献1では、第1の送信アンテナから図30(a)に示すOFDM信号が送信され、第2の送信アンテナから図30(b)に示すOFDM信号が送信される。すなわち、図30(a)に示されるように第1のアンテナのみから斜線で示すパイロットサブキャリアが送信される。第2のアンテナからは、図30(b)に示されるようにパイロットサブキャリアが送信されず、パイロットサブキャリアに相当する周波数では空白で示すようにヌル信号が送信される。従って、パイロットサブキャリアは互いに干渉することなく送信されるため、指向性ビームによって受信特性が悪化するようなことはなくなるが、パイロットサブキャリアの全送信電力が低下する。
Here, for comparison, in
一方、第1の実施形態によれば、二つの送信アンテナ101a及び101bからパイロットサブキャリアを送信してパイロットサブキャリアの全送信電力を十分に確保しつつ、良好な受信特性を得ることができる。
On the other hand, according to the first embodiment, good reception characteristics can be obtained while transmitting pilot subcarriers from the two
次に、図3を用いて図1中に示すOFDM信号送信装置100について説明する。OFDM信号送信装置100は符号化器102、シリアル・パラレル変換器103、変調器104a及び104b、シリアル・パラレル変換器105、パイロットサブキャリア挿入部106、IFFT(逆高速フーリエ変換)ユニット107a及び107bを有する。
Next, the OFDM
入力される送信データは後述するような構造の無線パケットであり、符号器102によって符号化される。符号化されたデータはシリアル・パラレル変換器103によってシリアル・パラレル変換が施されることにより、送信アンテナ101aに対応する第1送信データと送信アンテナ101bに対応する第2送信データとに振り分けられる。第1送信データ及び第2送信データは、それぞれ変調器104a及び104bによってサブキャリア変調される。変調器104a及び104bの変調方式としては、これらに限られないが、例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying),QPSK(Quadrature Phase Shift Keying),16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)あるいは64QAMが用いられる。
The input transmission data is a wireless packet having a structure as described later, and is encoded by the
変調器104aから出力される変調データは、シリアル・パラレル変換器105aにより複数の第1データサブキャリアに振り分けられる。同様に変調器103bから出力される変調データは、シリアル・パラレル変換器105bにより複数の第2データサブキャリアに振り分けられる。
The modulated data output from the
第1データサブキャリア及び第2データサブキャリアにそれぞれ割り当てられた変調データ(以下、これを第1データサブキャリア及び第2データサブキャリアと称する)は、パイロットサブキャリア挿入部106に入力される。パイロットサブキャリア挿入部106では、OFDM信号の一部のサブキャリアがパイロット信号を送信するためのパイロットサブキャリアに割り当てられ、残りのサブキャリアがデータ信号を送信するためのデータサブキャリアに割り当てられる。
Modulated data allocated to the first data subcarrier and the second data subcarrier (hereinafter referred to as the first data subcarrier and the second data subcarrier) are input to pilot
具体的には、パイロットサブキャリア挿入部106は、第1データサブキャリアの間に少なくとも一つの第1パイロットサブキャリアで送信されるパイロット信号(以下、本明細書ではこれを第1パイロットサブキャリアと称する)をそれぞれ挿入し、第2データサブキャリアの間に少なくとも一つの第2パイロットサブキャリアで送信されるパイロット信号(以下、本明細書ではこれを第2パイロットサブキャリアと称する)をそれぞれ挿入する。第1データサブキャリアと第1パイロットサブキャリアの集合を第1サブキャリア信号と呼び、第2データサブキャリアと第2パイロットサブキャリアの集合を第2サブキャリア信号と呼ぶことにする。
Specifically, pilot
パイロットサブキャリア挿入部106から出力される第1サブキャリア信号及び第2サブキャリア信号に対して、IFFTユニット107a及び107bによりそれぞれ逆高速フーリエ変換が施される。逆高速フーリエ変換の結果、第1サブキャリア信号及び第2サブキャリア信号は周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換されることによって多重化され、図2(a)(b)に示されるような第1OFDM信号a及び第2OFDM信号bを生成する。OFDM信号a及びbは、図示しない無線送信ユニットを介して送信アンテナ101a及び101bへそれぞれ送られ、これらのアンテナ101a及び101bから送信される。
The
次に、図4を用いてパイロットサブキャリア挿入部106について説明する。
パイロットサブキャリア挿入部106では、シリアル・パラレル変換器105aからの第1データサブキャリア及びシリアル・パラレル変換器105bからの第2データサブキャリアは、IFFTユニット107a及び107bへそのまま出力される。このとき第1データサブキャリアの間及び第2データサブキャリアの間に、それぞれ少なくとも一つの第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアが挿入される。本実施形態では、第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアはそれぞれ4つ存在する。
Next, pilot
In pilot
PN系列発生器110は、PN(pseudorandom noise)系列を発生する。第1パイロットサブキャリアは、PN系列PN(i)とROM121aに格納された第1パイロットサブキャリアの極性データSa(j)との積を乗算ユニット111a〜111dで求めることにより生成される。同様に第2パイロットサブキャリアは、PN系列PN(i)とROM121bに格納された第2パイロットサブキャリアの極性データSb(j)との積を乗算ユニット112a〜112dで求めることにより生成される。送信アンテナ101aから送信される、第1パイロットサブキャリアのベースバンド信号をPa(i,j)とすれば、Pa(i,j)は以下のようにPN(i)とSa(j)との積で表される。
The
ただし、iはシンボル番号であり、時間方向に並ぶ。jはパイロットサブキャリアの番号であり、周波数方向に並ぶ。同様に、送信アンテナ101bからのパイロットサブキャリアのベースバンド信号Pb(i,j)は次のようにPN(i)とSb(j)との積で表される。
However, i is a symbol number and is arranged in the time direction. j is the number of the pilot subcarrier, and is arranged in the frequency direction. Similarly, the pilot subcarrier baseband signal Pb (i, j) from the transmitting
第1の実施形態では、送信アンテナ101a及び101bからそれぞれ送信されるパイロットサブキャリアの数を共に4個とし(j=1〜4)、送信アンテナ101a及び101bからそれぞれ送信される第1及び第2パイロットサブキャリアの極性データSa(j)及びSb(j) (j=1, 2, 3, 4)を以下のように設定する。
In the first embodiment, the number of pilot subcarriers transmitted from the transmitting
すなわち、送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアと送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアとでは、PN系列に乗算する極性データSa(j)及びSb(j)がそれぞれ異なっており、これによって第1パイロットサブキャリアの極性パターンと第2パイロットサブキャリアの極性パターンが異なっている。ここで、第1パイロットサブキャリアの極性パターンとは、第1パイロットサブキャリアの各々の極性の組み合わせのパターンである。同様に第2パイロットサブキャリアの極性パターンとは、第2パイロットサブキャリアの各々の極性の組み合わせのパターンである。このように第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアの極性パターンを異ならせることによる効果については、後に詳しく述べる。ここではパイロットサブキャリアの極性データ及びPN系列は有理数を用いて表現されているが、複素数の極性データあるいは複素数のPN系列を用いることも可能である。
That is, the polarity data Sa (j) and Sb (j) multiplied by the PN sequence are different between the first pilot subcarrier transmitted from the
次に、図5を用いて図1中のOFDM信号受信装置200について説明する。OFDM信号受信装置200はFFT(高速フーリエ変換)ユニット202a及び202b、干渉除去回路203、残留位相誤差検出器204、位相補償ユニット205a及び205b、シリアル・パラレル変換器206及び復号化器207を有する。
Next, the OFDM
受信アンテナ201aで受信されるOFDM信号は、図示しない無線受信ユニットを介してFFTユニット202aへ入力され、フーリエ変換が施されることにより各サブキャリアの信号に分割される。同様に、受信アンテナ201bで受信されるOFDM信号も、FFTユニット202bによってフーリエ変換が施されることにより各サブキャリアの信号に分割される。
An OFDM signal received by the receiving
図1に示したように、受信アンテナ201aで受信される信号は送信アンテナ101a及び101bから送信されるOFDM信号が重畳されており、受信アンテナ201bで受信される信号も送信アンテナ101a及び101bから送信されるOFDM信号が重畳されている。干渉除去回路203においては、送信アンテナ101a及び101bからのOFDM信号をそれぞれ分離して受信するために干渉除去を行う。このための干渉除去方式は公知の技術であるが、ここでは数式(1)の伝搬路応答で作られている行列の逆行列を受信信号に乗算する方式について説明する。数式(1)の伝搬路応答で作られている行列の逆行列は、次のように書ける。
As shown in FIG. 1, the signal received by the receiving
数式(6)の逆行列をそれぞれ受信アンテナ201a及び201bから出力される受信信号より作られる受信信号ベクトルに乗算することで、送信アンテナ101a及び101bからのOFDM信号が分離される。マルチパス環境ではサブキャリア毎に伝搬路応答値が異なるため、伝搬路応答値はサブキャリアの数だけ存在し、逆行列の係数の導出及び逆行列の乗算は、サブキャリア毎に行われる。こうして干渉除去回路203によって分離された信号は、残留位相誤差検出器204へ送られる。
The OFDM signal from the transmitting
残留位相誤差検出器204では、図示しない無線パケットのプリアンブルを用いて補償された周波数オフセットやクロックオフセット等の残留成分を検出する。残留位相誤差検出器204は、さらにパイロットサブキャリアにより伝送された既知信号を用いて二つの受信信号RXa及びRXbの残留位相誤差を検出し、これを位相補償ユニット205a及び205bへ送出する。
The residual
図6に、残留位相誤差検出器204の検出原理を示す。ここでは、残留位相誤差の検出は、干渉除去を行わない信号について適用する場合を例にして説明する。すなわち、パイロットサブキャリアに関しては、数式(6)で示された行列(数式(6)の右辺)は、単位行列で表される場合、あるいはFFTユニット202a及び202bの出力を重み付け合成して、信号電力対雑音電力比を最大にする行列、すなわち受信ダイバーシチを行う行列またはベクトルで表せる場合である。2個の送信アンテナ101a及び102bを用いて2値のPN系列から生成される2値のパイロットサブキャリアを送信する場合、干渉除去前のOFDM信号受信装置においては図6に示すように22 =4個の受信信号点(1,1),(1,−1),(−1,1),(−1,−1)の候補が存在する。ここで、例えば(1,−1)は送信アンテナ101aから“1”の変調信号が送信され、送信アンテナ101bから“−1”の変調信号が送信されることを表す。
FIG. 6 shows the detection principle of the residual
第1の実施形態のように送信アンテナ101a及び101bで共通のPN系列から生成される第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアを送信アンテナ101a及び101bから送信する場合、受信信号点は(1,1)及び(−1,−1)の組み合わせ、あるいは(1,−1)及び(−1,1)の組み合わせとなる。この組み合わせは、無線パケット受信中に変化することがない。例えば、受信信号点の組み合わせが(1,−1)及び(−1,1)の場合、OFDM信号受信装置にとってはあたかも単一の送信アンテナからBPSK信号が送信されたのと同様に見える。
When transmitting the first pilot subcarrier and the second pilot subcarrier generated from the common PN sequence in the
次に、(−k+1)番目のサブキャリアで送信されるパイロットサブキャリアPa(1)及びPb(1)を用いて残留位相誤差を検出する場合について説明する。いま、受信アンテナ201aに接続されているFFT202aのみを考え、(−k+1)番目のサブキャリアにおける送信アンテナ101aから受信アンテナ201aまでのパイロットサブキャリア伝搬路応答値をHaaとする。同様に、送信アンテナ101bから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHbaとする。パイロットサブキャリアの極性が数式(4)及び(5)で表されている場合、(−k+1)番目のパイロットサブキャリアに対応する極性はSa(1)=1及びSb(1)=1である。よって、二つの送信アンテナからの信号が多重されたパイロット信号はHaa+Hbaという伝搬路応答値が乗算されるため(1,1)及び(−1,−1)の二つの点が受信される。よって、残留位相誤差検出器は伝搬路応答値Haa及びHbaを用いて合成された伝搬路応答値Haa+Hbaを計算し、基準信号点(1,1)及び(−1,−1)を作成する。
Next, a case where residual phase error is detected using pilot subcarriers Pa (1) and Pb (1) transmitted on the (−k + 1) th subcarrier will be described. Now, only the
さて、次のOFDMシンボルで(1,1)が送信されたとし、この時の受信信号点が図6で示す「次シンボル」であったとする。このとき、残留位相誤差検出器204は現在の受信信号点(1,1)と次シンボルとの位相差θを残留位相誤差として検出することができる。なお、残留位相誤差検出値は、受信アンテナ201aの系統の出力と、受信アンテナ201bの系統の出力と複数の出力の両方から得ることができる。この場合、両者の平均値や重み付け平均値を位相補償器205a及び205bへ出力することが可能である。
Now, assume that (1, 1) is transmitted in the next OFDM symbol, and the received signal point at this time is the “next symbol” shown in FIG. At this time, the residual
第1の実施形態では、パイロットサブキャリアを用いた残留位相誤差検出は干渉除去を用いずに行ったが、干渉除去を行った後に残留位相誤差の検出を行うことも可能である。この場合、パイロットサブキャリアの受信信号点は送信アンテナ101a及び101bからの送信信号点と等しい数しか現れないことになる。なお、パイロットサブキャリアを用いた残留位相誤差の検出を干渉除去を行った後で適用する場合、パイロットサブキャリアの信号電力対雑音電力比が悪化するため、推定精度は悪化することになる。
In the first embodiment, residual phase error detection using pilot subcarriers is performed without using interference cancellation. However, residual phase error can also be detected after interference cancellation is performed. In this case, the reception signal points of the pilot subcarriers appear as many as the transmission signal points from the
位相補償ユニット205a及び205bでは、受信信号に対して残留位相誤差分だけ位相回転を施すことにより位相補償を行う。位相補償後の二つの受信信号はパラレル・シリアル変換器206によりシリアル信号とされ、続く復号化器207により復号されることにより、送信信号に対応する受信信号が得られる。
The
前述のように、パイロットサブキャリアは残留位相誤差を検出するために用いられる。パイロットサブキャリアの受信電力が低いために例えば雑音に埋もれた状態でパイロットサブキャリアが受信された場合には、残留位相誤差の検出を誤ってしまう可能性がある。その場合、位相補償ユニット205a及び205bでは誤った残留位相誤差検出結果に従って位相補償が行われるため、全てのデータサブキャリアが誤って受信されてしまう可能性が高い。従って、パイロットサブキャリアの受信電力がOFDM信号受信装置の受信特性を決定してしまうと言っても過言ではない。この問題を解決するため、本実施形態では前述したように、送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアと送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアの極性を異ならせている。
As described above, pilot subcarriers are used to detect residual phase errors. Since the reception power of the pilot subcarrier is low, for example, when the pilot subcarrier is received in a state where it is buried in noise, the residual phase error may be erroneously detected. In that case, since the
図7は、二つの送信アンテナ101a及び101bから同一極性パターンのパイロットサブキャリアを送信する場合のアンテナ101a及び101bの送信指向性イメージと、アンテナ101a及び101bによる送信合成ビームパタンを模式的に示している。送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアの極性データSa(1), Sa(2), Sa(3), Sa(4)は数式(4)とし、送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアの極性データSb(1), Sb(2), Sb(3), Sb(4)は次の数式(7)としている。
FIG. 7 schematically shows transmission directivity images of the
送信アンテナ101a及び101bは、図7の上側に示されるような無指向性のアンテナを仮定する。このため、アンテナ101a及び101bから同時に同一極性のパイロットサブキャリアが送信されると、各々の送信信号は互いに干渉し合い、合成ビームパタンは指向性ビームを形成する。さらに、IEEE802.11a規格の場合を例にとると、OFDM信号の中心周波数(キャリア周波数)である5GHzであるのに対して、パイロットサブキャリアの間隔は約4.4MHzと非常に小さいため、4つのパイロットサブキャリアの指向性ビームは図7の下側に示されるようにほぼ同じ方向を向く。この結果、4つのパイロットサブキャリアの受信電力が共に大きく低下する場所、すなわちOFDM信号受信装置の受信特性が大幅に劣化するような不感帯が生じる可能性がある。
The
一方、図8は第1の実施形態に従い送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアの極性パターンと送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアの極性パターンを異ならせた場合のアンテナ101a及び101bの送信指向性イメージと、アンテナ101a及び101bによる送信合成ビームパタンを模式的に示している。送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアの極性データSa(1), Sa(2), Sa(3), Sa(4)は数式(4)とし、送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアの極性データSb(1), Sb(2), Sb(3), Sb(4)は数式(5)としている。
On the other hand, FIG. 8 shows the
数式(4)及び(5)に従うと、例えば極性データSa(1)に従って制御された第1パイロットサブキャリアと極性データSb(1)に従って制御された第2パイロットサブキャリア間の位相差は0であるのに対して、極性データSa(2)に従って制御された第1パイロットサブキャリアと極性データSb(2)に従って制御された第2パイロットサブキャリア間の位相差は180°である。この結果、例えば図8の下側に示されるように、極性Sa(1)及びSb(1)のパイロットサブキャリアで形成される指向性ビームの方向と、極性Sa(2)及びSb(2)のパイロットサブキャリアパイロットサブキャリアで形成される指向性ビームの方向は180°異なる。 According to Equations (4) and (5), for example, the phase difference between the first pilot subcarrier controlled according to polarity data Sa (1) and the second pilot subcarrier controlled according to polarity data Sb (1) is zero. In contrast, the phase difference between the first pilot subcarrier controlled according to the polarity data Sa (2) and the second pilot subcarrier controlled according to the polarity data Sb (2) is 180 °. As a result, for example, as shown in the lower side of FIG. 8, the direction of the directional beam formed by the pilot subcarriers of polarity Sa (1) and Sb (1) and the polarity Sa (2) and Sb (2) The direction of the directional beam formed by the pilot subcarriers of the pilot subcarriers differs by 180 °.
図9は、本発明の実施形態を用いてパイロットサブキャリアを送信した場合の受信機におけるパイロットサブキャリアの平均正規化受信レベルを示したものである。送信アンテナは2本であり、数式(4)及び(5)を用いたPa(1),Pa(2),Pa(3),Pa(4)及びPb(1)、Pb(2),Pb(3),Pb(4)の4本のパイロットサブキャリアを用いている。なお、パイロットサブキャリアの極性はOFDM信号の中心周波数は5GHzであり、信号帯域幅は約20MHz、アンテナ素子間隔は半波長であり、各々の素子は無指向性であるとしている。伝搬路モデルはIEEE802.11-03-940/r1 “TGn Channel model”に示されている「Channel model D(NLOS)」を用いている。図9のX軸は、送信アンテナからみた角度を示しており、ある送信角度に応じた4つのパイロットサブキャリアの受信電力がY軸に示されている。 FIG. 9 shows an average normalized reception level of pilot subcarriers at the receiver when pilot subcarriers are transmitted using the embodiment of the present invention. There are two transmitting antennas, and Pa (1), Pa (2), Pa (3), Pa (4) and Pb (1), Pb (2), Pb using equations (4) and (5). (3) Four pilot subcarriers Pb (4) are used. Note that the pilot subcarrier polarity is 5 GHz at the center frequency of the OFDM signal, the signal bandwidth is about 20 MHz, the antenna element spacing is a half wavelength, and each element is omnidirectional. The propagation channel model uses “Channel model D (NLOS)” shown in IEEE802.11-03-940 / r1 “TGn Channel model”. The X axis in FIG. 9 shows the angle seen from the transmission antenna, and the received power of four pilot subcarriers corresponding to a certain transmission angle is shown on the Y axis.
図9から分かるように、ある角度においてはパイロットサブキャリアの電力が他の角度と比較して落ち込むことがある。しかしながらその場所では、他のパイロットサブキャリアの受信電力が高くなるため、受信機はレベルの高いパイロットサブキャリアを用いて残留位相誤差の補償を行うことが可能である。 As can be seen from FIG. 9, at some angles, the pilot subcarrier power may drop compared to other angles. However, since the reception power of other pilot subcarriers increases at that location, the receiver can compensate for the residual phase error using a pilot subcarrier having a high level.
一方、図10は、数式(4)及び(7)を用いてパイロットサブキャリアを送信した場合の受信電力を示したものである。すなわち、同一の極性のパイロット信号を用いた場合の特性である。図10から分かるように、ある角度においては、パイロットサブキャリアの電力が他の角度と比較して落ち込むことがある。そして、その傾向は他のパイロットサブキャリアでも同じであり、すべてのパイロットサブキャリアの電力が同時に落ち込む。よってそのような角度に存在する受信機では、ため、他のパイロットサブキャリアを用いても残留位相誤差の補償を行うことが困難である。 On the other hand, FIG. 10 shows received power when pilot subcarriers are transmitted using Equations (4) and (7). That is, the characteristics are obtained when pilot signals having the same polarity are used. As can be seen from FIG. 10, at one angle, the power of the pilot subcarrier may drop compared to the other angles. The tendency is the same for other pilot subcarriers, and the power of all pilot subcarriers drops simultaneously. Therefore, in a receiver that exists at such an angle, it is difficult to compensate for the residual phase error even if other pilot subcarriers are used.
従って、受信側ではある一つのパイロットサブキャリアの受信電力が小さくても、他のパイロットサブキャリアの受信電力が大きくなる可能性が高くなる。このため、全てのパイロットサブキャリアの受信電力が同時に落ち込んでしまうような不感帯を減らすことが可能になり、高品質な受信が可能なエリアが拡大される。 Therefore, even if the reception power of one pilot subcarrier is small on the reception side, there is a high possibility that the reception power of other pilot subcarriers will increase. For this reason, it is possible to reduce the dead zone in which the reception power of all pilot subcarriers falls simultaneously, and the area where high quality reception is possible is expanded.
また、第1の実施形態では全てのアンテナ送信アンテナ101a及び101bに関してサブキャリアの送信電力を特に大きくするなどの必要がないため、複合3次歪みが増大することがなく、D/A変換器の入力ダイナミックレンジを特に拡大させる必要もない。
Further, in the first embodiment, it is not necessary to particularly increase the transmission power of subcarriers for all
以上の説明では、OFDM信号送信装置100が2個の送信アンテナ101a及び101bを有する例について述べたが、送信アンテナ数が更に多い場合にも拡張可能である。図11(a)(b)には、例として4個の送信アンテナ101a〜101dを用いた場合に各々の送信アンテナから送信される第1〜第4パイロットサブキャリアの二種類の極性パターンの例を示す。図11(c)(d)には、同様に3個の送信アンテナ101a〜101cを用いた場合に各々の送信アンテナから送信される第1〜第4パイロットサブキャリアの二種類の極性パターンの例を示す。ここでは、第1〜第4パイロットサブキャリアについて二種類のパイロットサブキャリア極性1及び2が用意されている。パイロットサブキャリア極性1は実数を用いた場合の極性パターンであり、パイロットサブキャリア極性2は虚数を用いた場合の極性パターンである。パイロットサブキャリア極性2は、フーリエマトリクスの係数を用いて生成している。
In the above description, an example in which the OFDM
図11(a)に示す4送信アンテナの場合のパイロットサブキャリア極性1では、第1パイロットサブキャリアの極性をSa(1)=1,Sa(2)=1,Sa(3)=1, Sa(4)=−1とし、第2パイロットサブキャリアの極性をSb(1)=1,Sb(2)=−1,Sb(3)=1,Sb(4)=1とし、第3パイロットサブキャリアの極性をSc(1)=1,Sc(2)=−1,Sc(3)=−1,Sc(4)=−1とし、第4パイロットサブキャリアの極性をSd(1)=1,Sd(2)=1,Sd(3)=−1,Sd(4)=1としている。ここで、ある周波数から送信されるパイロットサブキャリアについて、各々の極性を要素として持つベクトルを考える。パイロットサブキャリアはそれぞれのアンテナから4本送信され、送信アンテナは4本あるため、4つの要素を持つ次の4つのベクトルが定義できる。
In
s(1)〜s(4)は互いに異なっているベクトルであり、例えばs(1)のベクトルを何倍しても他のベクトルになることはない。このように、ある周波数から送信されるパイロットサブキャリアのベクトルが他の周波数から送信されるパイロットサブキャリアのベクトルと異なっていることで、各パイロットサブキャリアの指向性ビームが異なる方向を向くため、不感地帯を減らすことが可能である。なお、s(1)〜s(4)は互いに直交の関係にあるが、必ずしも直交の関係でなくとも、指向性ビームを異なる方向に向けることは可能である。 s (1) to s (4) are vectors different from each other. For example, no matter how many times the vector of s (1) is multiplied, it does not become another vector. In this way, because the pilot subcarrier vector transmitted from a certain frequency is different from the pilot subcarrier vector transmitted from another frequency, the directional beam of each pilot subcarrier points in a different direction. It is possible to reduce the dead zone. Although s (1) to s (4) are orthogonal to each other, the directional beams can be directed in different directions even if they are not necessarily orthogonal.
図11(b)に示す4送信アンテナの場合のパイロットサブキャリア極性2では、第1パイロットサブキャリアの極性をSa(1)=1,Sa(2)=1,Sa(3)=1,Sa(4)=−1とし、第2パイロットサブキャリアの極性をSb(1)=1,Sb(2)=−j,Sb(3)=−1,Sb(4)=−jとし、第3パイロットサブキャリアの極性をSc(1)=1,Sc(2)=−1,Sc(3)=1,Sc(4)=1とし、第4パイロットサブキャリアの極性をSd(1)=1,Sd(2)=j,Sd(3)=−1,Sd(4)=jとしている。ここで、jは虚数単位である。この場合も上で説明したように、ある周波数から送信されるパイロットサブキャリアについて、各々の極性を要素として持つベクトルを考えると、それぞれのベクトルは互いに複素領域で異なっており、複素領域で直交の関係にあるが、必ずしも直交の関係でなくとも良い。
In the
一方、図11(c)に示す3送信アンテナの場合のパイロットサブキャリア極性1では、第1パイロットサブキャリアの極性をSa(1)=1,Sa(2)=1,Sa(3)=1,Sa(4)=−1とし、第2パイロットサブキャリアの極性をSb(1)=1,Sb(2)=−1,Sb(3)=1,Sb(4)=1とし、第3パイロットサブキャリアの極性をSc(1)=1,Sc(2)=−1,Sc(3)=−1,Sc(4)=−1としている。この場合も上で説明したように、ある周波数から送信されるパイロットサブキャリアについて、各々の極性を要素として持つベクトルを考えると、それぞれのベクトルは互いに異なっている。
On the other hand, in the
次に、図11(d)に示す3送信アンテナの場合のパイロットサブキャリア極性2では、第1パイロットサブキャリアの極性をSa(1)=1,Sa(2)=1,Sa(3)=1,Sa(4)=−1とし、第2パイロットサブキャリアの極性をSb(1)=1,Sb(2)=−j,Sb(3)=−1,Sb(4)=−jとし、第3パイロットサブキャリアの極性をSc(1)=1,Sc(2)=−1,Sc(3)=1,Sc(4)=1としている。この場合も上で説明したように、ある周波数から送信されるパイロットサブキャリアについて、各々の極性を要素として持つベクトルを考えると、それぞれのベクトルは互いに異なっており、各ベクトルを複素領域で何倍しても他のベクトルになることはない。
Next, in the
このようにパイロットサブキャリアの配置を決定することにより、各パイロットサブキャリアの指向性ビームが異なる方向を向くため、不感地帯を減らすことが可能である。 By determining the arrangement of the pilot subcarriers in this way, the directional beams of the pilot subcarriers are directed in different directions, and thus it is possible to reduce the dead zone.
ところで、図11(a)(b)(c)(d)に示したパイロットサブキャリア極性は、複素領域において以下の数式(9)で表すことができる。 By the way, the pilot subcarrier polarities shown in FIGS. 11A, 11B, 11C, and 11D can be expressed by the following formula (9) in the complex domain.
ただし、sk(i)はパイロットサブキャリアの極性、jは虚数単位、iはパイロットサブキャリアの番号、kは送信アンテナのアンテナ番号であり、例えばkの一番目の要素は送信アンテナ101aから送信される信号を示し、kの二番目の要素は送信アンテナ101bから送信される信号を示す。
Where s k (i) is the polarity of the pilot subcarrier, j is an imaginary unit, i is the number of the pilot subcarrier, k is the antenna number of the transmission antenna, and the first element of k is transmitted from the
数式(9)によると、k=2のアンテナ101bから送信される第1〜第4パイロットのサブキャリア間の位相差は−90°である。k=3のアンテナ101cから送信されるパイロットサブキャリア間の位相差が−180°であり、k=4のアンテナ101dから送信されるパイロットサブキャリア間の位相差は−270°である。このように送信アンテナが異なると、パイロットサブキャリア間の位相差が異なる。従って、先と同様に各々のパイロットサブキャリアに対応する指向性ビームが異なる方向を向くため、不感帯を減少させることが可能になる。
According to Equation (9), the phase difference between the subcarriers of the first to fourth pilots transmitted from the
なお、位相差−90°と位相差270°は同じであり、位相差−270°と位相差90°も同じである。よって図11(a)(b)(c)(d)を忠実に表すためには、数式(9)における指数項にはマイナスの符号が必要であるが、上述の議論よりマイナスの符号がない場合でも同じであるため、数式(9)では符号を省略している。 The phase difference −90 ° and the phase difference 270 ° are the same, and the phase difference −270 ° and the phase difference 90 ° are also the same. Therefore, in order to faithfully represent FIGS. 11 (a), (b), (c), and (d), the exponent term in Equation (9) requires a minus sign, but there is no minus sign from the above discussion. Since the same applies to the case, the symbol is omitted in Equation (9).
また、図11(a)(b)に従うと、以下の数式(10)で示すように、1番目の送信アンテナ101aから送信されるパイロットサブキャリアのうち第4パイロットサブキャリアの極性は第1〜第3パイロットサブキャリアに対して反転している。
Further, according to FIGS. 11A and 11B, the polarity of the fourth pilot subcarrier among the pilot subcarriers transmitted from the
言い換えると、第1〜第4パイロットサブキャリアの極性は次の数式(11)で表される。 In other words, the polarities of the first to fourth pilot subcarriers are expressed by the following formula (11).
さらに、一般化するとパイロットサブキャリアの極性はパイロットサブキャリアの番号iによって数式(12)または(13)となる。 Furthermore, when generalized, the polarity of the pilot subcarrier is expressed by Equation (12) or (13) depending on the pilot subcarrier number i.
上記の説明では、iはパイロットサブキャリアの番号としたが、iをパイロットサブキャリアの周波数に置き換えることも可能である。具体的には、iの値として例えば−21,−7,+7,21を使用する。この際、フーリエ変換関数の周期性を考慮して、次の数式(14)のようにパイロットサブキャリア極性を表現することも可能である。 In the above description, i is the number of the pilot subcarrier, but i can be replaced with the frequency of the pilot subcarrier. Specifically, for example, -21, -7, +7, 21 is used as the value of i. At this time, in consideration of the periodicity of the Fourier transform function, it is also possible to express the pilot subcarrier polarity as in the following formula (14).
ただし、sk(i)はパイロットサブキャリアの極性、jは虚数単位、iはパイロットサブキャリアの周波数、kは送信アンテナのアンテナ番号、Nは逆フーリエ変換における入力ポイント数である。 Here, s k (i) is the polarity of the pilot subcarrier, j is an imaginary unit, i is the frequency of the pilot subcarrier, k is the antenna number of the transmitting antenna, and N is the number of input points in the inverse Fourier transform.
数式(14)を用いても、送信アンテナが異なると各パイロットサブキャリア間の位相差が異なるため、不感帯を減少することが可能になる。なお、フーリエ変換対を考慮すると、数式(14)の表現は時間軸において送信信号を送信アンテナ毎に一サンプルずつシフトさせることと等価である。 Even using Equation (14), if the transmission antenna is different, the phase difference between the pilot subcarriers is different, so that the dead zone can be reduced. In consideration of the Fourier transform pair, expression (14) is equivalent to shifting the transmission signal by one sample for each transmission antenna on the time axis.
次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下に説明する他の実施形態は、いずれもOFDM信号送信装置100におけるパイロットサブキャリア挿入部106が第1の実施形態と異なる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In other embodiments described below, the pilot
(第2の実施形態)
第2の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106は、図12に示されるように、第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアのための極性データを格納したROM121a及び121bと、サブキャリアパターン制御器122が追加されている。ROM121a及び121bには、図13に例示されているように第1パイロットサブキャリアの極性Sa(1)〜Sa(4)を表す極性データ及び第2パイロットサブキャリアの極性Sb(1)〜Sb(4)を表す極性データが3パターン(パターンA,パターンB及びパターンC)ずつ格納されている。ROM121a及び121bからパターンA,パターンB及びパターンCのいずれの極性データを読み出すかは、ROM121a及び121bに与えるアドレスデータによって決定される。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 12, the pilot
第2の実施形態では、各送信アンテナ101a及び101bから送信される第1パイロットサブキャリア及び第2のパイロットサブキャリアの極性は固定でなく、無線パケット毎に変化する。すなわち、ROM121a及び121bから無線パケット毎に異なるパターンの極性データが読み出され、乗算器111a−111d及び112a〜112dによってPN系列発生器110により発生されるPN系列と乗算される。
In the second embodiment, the polarities of the first pilot subcarrier and the second pilot subcarrier transmitted from each of the
図12に示すパイロットサブキャリア挿入部106の外部に設けられた無線パケットカウンタ123は、図3中の符号化器102に入力される送信データ中の無線パケットの数をカウントし、カウント値をサブキャリアパターン制御器122へ渡す。サブキャリアパターン制御器122は、無線パケットカウンタ123のカウント値が1個インクリメントする毎に、ROM121a及び121bに与えるアドレスデータを変更する。これによりサブキャリアパターン制御器122は、ROM121a及び121bからそれぞれ読み出される、第1及び第2パイロットサブキャリアの極性データのパターンを変化させる。
Radio packet counter 123 provided outside pilot
例えば、ある無線パケットの送信時にはパターンAの極性データを読み出し、次の無線パケットの送信時にはパターンBの極性データを読み出し、さらに次の無線パケットの送信時にはパターンCの極性データを読み出す。この結果、パイロットサブキャリアの極性パターンが無線パケット毎に変更される。サブキャリアパターン制御器122による極性データのパターンの変更は、例えば無線パケット毎にランダムに行われる。
For example, pattern A polarity data is read when a certain wireless packet is transmitted, pattern B polarity data is read when the next wireless packet is transmitted, and pattern C polarity data is read when the next wireless packet is transmitted. As a result, the pilot subcarrier polarity pattern is changed for each radio packet. The change of the polarity data pattern by the
こうしてROM121a及び121bから読み出される極性データは、第1の実施形態と同様に乗算器111a〜111dに入力され、PN系列発生器110により発生されるPN系列と乗じられることにより、第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアが生成される。生成される第1パイロットサブキャリア及び第2パイロットサブキャリアは、それぞれ第1データサブキャリアの間及び第2データサブキャリアの間に挿入されることによって、第1サブキャリア及び第2サブキャリアが生成される。
The polarity data read from the
第1サブキャリア及び第2サブキャリアが図3中に示したIFFTユニット107a及び107bに入力されることにより、第1OFDM信号及び第2OFDM信号が生成される。第1OFDM信号及び第2OFDM信号は、図示しない無線送信ユニットを介して図3中に示したように送信アンテナ101a及び101bへそれぞれ送られ、これらのアンテナ101a及び101bから送信される。
The first subcarrier and the second subcarrier are input to
第2の実施形態によると、例えばパターンAの極性データによって制御されたパイロットサブキャリアを送信する場合と、パターンBの極性データによって制御されたパイロットサブキャリアを送信する場合とで、アンテナ101a及び101bにより形成される指向性ビームのパターンが異なる。
According to the second embodiment, for example, when transmitting pilot subcarriers controlled by pattern A polarity data and when transmitting pilot subcarriers controlled by pattern B polarity data,
ここで、例えばパターンAのパイロットサブキャリアに対して受信電力が低い場所に位置しているOFDM信号受信装置においては、パターンAと異なるパターンBのパイロットサブキャリアが送信された場合には、パイロットサブキャリアの受信電力が回復する可能性が高い。従って、無線パケット毎にパイロットサブキャリアのパターンを変更することにより、パイロットサブキャリアの受信電力がいつまで経っても低くいために全く受信ができないような場所を減らすことが可能になる。 Here, for example, in the OFDM signal receiving apparatus located at a place where the received power is lower than that of the pattern A pilot subcarrier, when a pilot subcarrier of a pattern B different from the pattern A is transmitted, There is a high possibility that the received power of the carrier will recover. Therefore, by changing the pilot subcarrier pattern for each radio packet, it is possible to reduce places where reception is not possible at all because the reception power of the pilot subcarrier is low.
パイロットサブキャリアの極性データのパターンを無線パケット毎に変更する際、変更をランダムにする必要は必ずしもない。例えば、パイロットサブキャリアの極性データの種々のパターンのうち、OFDM信号受信装置毎に受信特性が良好になるようなパターンを記憶しておき、送信先のOFDM信号受信装置に対応して記憶されているパターンを用いてパイロットサブキャリアの送信を行うことも可能である。 When changing the pattern of the polarity data of the pilot subcarrier for each radio packet, it is not always necessary to make the change random. For example, among the various patterns of the polarity data of the pilot subcarrier, a pattern in which the reception characteristic is improved for each OFDM signal receiving device is stored, and stored in correspondence with the OFDM signal receiving device of the transmission destination It is also possible to transmit pilot subcarriers using a certain pattern.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、前回送信した無線パケットがエラーを起こし、再送パケットを送信する際にだけパイロットサブキャリアの極性パターンを変化させる。図14に示されるように、第3の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106では、図12における無線パケットカウンタ123が再送検出器124に置き換えられていること以外は、図12に示したパイロットサブキャリア挿入部106と同様である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, an error occurs in the previously transmitted radio packet, and the polarity pattern of the pilot subcarrier is changed only when a retransmission packet is transmitted. As shown in FIG. 14, in the pilot
無線パケットは、図15に例示されるようにOFDM信号受信装置が同期をとるために用いるユニークワード、送信元(OFDM信号送信装置)を特定するための送信元フィールド、送信先(OFDM信号受信装置)を特定するための送信先フィールド、当該無線パケットが再送パケットかそうでないかを示す再送フィールド、及び各フィールドに誤りが生じたかを判断するための誤り検出フィールドを含み、その後に複数のデータシンボルが続く。 As illustrated in FIG. 15, the wireless packet includes a unique word used for synchronization by the OFDM signal receiving apparatus, a transmission source field for specifying a transmission source (OFDM signal transmission apparatus), and a transmission destination (OFDM signal reception apparatus). ), A retransmission field indicating whether the wireless packet is a retransmission packet or not, and an error detection field for determining whether an error has occurred in each field, followed by a plurality of data symbols Followed.
図3中の符号化器102に入力される送信信号は、再送検出器124にも入力される。再送検出器124は送信信号である無線パケット中の再送フィールドを解析し、当該無線パケットが再送パケットであった場合には、その旨をサブキャリアパターン制御器122に通知する。サブキャリアパターン制御器122は、無線パケットが再送パケットである旨の通知を受けると、ROM121a及び121bに与えるアドレスデータを変更し、ROM121a及び121bからそれぞれ読み出される、第1及び第2パイロットサブキャリアの極性データのパターンを制御する。この結果、同一の送信相手に対して、前回送信した無線パケットのパイロットサブキャリアとは異なる極性パターンのパイロットサブキャリアを含む無線パケットが送信される。
The transmission signal input to the
第3の実施形態では、無線パケットが再送である旨は再送フィールドを解析して判断したが、無線アクセス制御を行う上位層(例えばIEEE802.11aの規格ではMedium Access Control : MAC層)が直接サブキャリアパターン制御機器へ、該無線パケットが再送パケットであることを通知することも可能である。 In the third embodiment, it is determined by analyzing the retransmission field that the wireless packet is a retransmission. However, an upper layer that performs wireless access control (for example, Medium Access Control (MAC layer) in the IEEE802.11a standard) directly It is also possible to notify the carrier pattern control device that the wireless packet is a retransmission packet.
このように第3の実施形態では、同一の送信相手に対して、OFDM信号送信装置100が前回送信した無線パケットのパイロットサブキャリアと異なる極性パターンに従って再送パケットが送信される。この結果、再送時には複数の送信アンテナによって形成される指向性ビームのパターンが変わり、OFDM信号受信装置が正しく再送パケットを受信できる確率が大きくなる。
As described above, in the third embodiment, retransmission packets are transmitted to the same transmission partner according to a polarity pattern different from the pilot subcarrier of the wireless packet transmitted by the OFDM
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106では、図16に示されるように二つのPN系列発生器110a及び110bが設けられる。第1PN系列発生器110aでは、送信アンテナ101aから送信される第1パイロットサブキャリアを変調する第1PN系列PNaが発生される。第2PN系列発生器110bでは、送信アンテナ101bから送信される第2パイロットサブキャリアを変調する第2PN系列PNbが発生される。
(Fourth embodiment)
In pilot
第1パイロットサブキャリアと第2パイロットサブキャリアの極性パターンは全て同じであっても異なってもよいが、ここでは全て同じ極性データSを使用した場合について説明する。第1パイロットサブキャリアは、PN系列PNaとパイロットサブキャリアの極性データSに従って次のように変調が施される。 The polarity patterns of the first pilot subcarrier and the second pilot subcarrier may all be the same or different. Here, a case where the same polarity data S is used will be described. The first pilot subcarrier is modulated as follows according to the PN sequence PNa and the pilot subcarrier polarity data S.
同様に、第2パイロットサブキャリアはPN系列PNbとパイロットサブキャリアの極性データSに従って次のように変調が施される。 Similarly, the second pilot subcarrier is modulated as follows according to the PN sequence PNb and the pilot subcarrier polarity data S.
図17に、このように変調が施されたデータサブキャリアとパイロットサブキャリアを含む第1OFDM及び第2OFDM信号を示す。第1OFDM信号及び第2OFDM信号は、それぞれIFFTユニット107a及び107bへ送られ、送信アンテナ101a及び101bから送信される。
FIG. 17 shows the first OFDM signal and the second OFDM signal including data subcarriers and pilot subcarriers thus modulated. The first OFDM signal and the second OFDM signal are transmitted to
図18に、第4の実施形態に従う図5中に示した残留位相誤差検出器204の検出原理を示す。ここでは干渉除去を行う前に残留位相誤差を推定する場合について説明する。二つの送信アンテナ101a及び101bで2値のPN系列及び2値のパイロットサブキャリアを送信した場合、第1の実施形態の場合の図6と同様に、22 =4個の受信信号点(1,1),(1,−1),(−1,1),(−1,−1)の候補が存在する。第1の実施形態では、受信信号点は(1,1)及び(−1,−1)の組み合わせ、あるいは(1,−1)及び(−1,1)の組み合わせが存在する。これに対して、第4の実施形態では送信アンテナ101a及び101bからそれぞれ送信されるパイロットサブキャリアを異なるPN系列により変調しているため、OFDMシンボル毎に4つの全ての受信信号点が現れる可能性がある。
FIG. 18 shows the detection principle of the residual
例えば、第4の実施形態では(1,−1)、(−1,1)の組み合わせが送信される場合と、(1,1)、(−1,−1)の組み合わせが送信される場合の二通りが考えられる。前者の組み合わせは送信アンテナ101a及び送信アンテナ101bからの信号の位相差が180°であるが、後者の組み合わせは0°である。よって、前者の組み合わせが送信された場合と後者の組み合わせが送信された場合では、送信の指向性ビームが異なるため、受信電力が変化することになる。なお、(1,−1)、(−1,1)、(1,1)、(−1,−1)の4つの受信信号点の候補は、第1の実施形態で説明したように、各送信アンテナ及び受信アンテナまでの伝搬路係数をパイロットサブキャリアで送信される信号と組み合わせることによって求めることが可能である。
For example, in the fourth embodiment, a combination of (1, -1) and (-1, 1) is transmitted, and a combination of (1, 1) and (-1, -1) is transmitted. There are two possible ways. In the former combination, the phase difference between the signals from the transmitting
次に、残留位相誤差の測定方法について説明する。今、パイロットサブキャリアの受信シンボルが(1,1)であったとする。この場合、第1の実施形態では次シンボルも(1,1)が送信されるか、あるいは(−1,−1)が送信されるため、受信側ではあたかも単一のアンテナからBPSK信号が受信されたように見え、受信電力は変化しない。 Next, a method for measuring the residual phase error will be described. Assume that the received symbol of the pilot subcarrier is (1, 1). In this case, in the first embodiment, (1, 1) is also transmitted as the next symbol or (-1, -1) is transmitted, so that the receiving side receives a BPSK signal from a single antenna. The received power does not change.
一方、第4の実施形態では次シンボルとして(−1,1)が送信される可能性もあるため、位相誤差を含んだ受信シンボルは図16に示す「次シンボル1」及び「次シンボル2」の2通りが考えられる。次シンボルの受信信号点が(1,1)あるいは(−1,−1)であった場合、残留位相誤差検出器204は位相差θ1を残留位相誤差として検出する。一方、次シンボルの受信信号点が(−1,1)あるいは(1,−1)であった場合、残留位相誤差検出器204は現在の伝搬路応答値から(−1,1)の受信信号のレプリカを作成し、(−1,1)と「次シンボル2」との位相差θ2を残留位相誤差検出器204として検出する。
On the other hand, in the fourth embodiment, (−1, 1) may be transmitted as the next symbol. Therefore, the received symbols including the phase error are “
位相補償ユニット205a及び205bでは、受信信号に対して残留位相誤差分だけ位相回転を施すことにより、位相補償を行う。位相補償後の二つの受信信号はパラレル・シリアル変換器206によりシリアル信号とされ、続く復号器207により復号されることにより、送信信号に対応する受信信号が得られる。なお、第4の実施形態では、干渉除去を行う前に残留位相誤差を測定する方法について述べたが、干渉除去を行った後に残留位相誤差を検出することも可能である。干渉除去を行った場合は、干渉除去後の出力にはそれぞれ単一のアンテナから送信されたパイロットサブキャリアが現れるため、受信信号点は2つしか現れない。
The
このように第4の実施形態によると、図17に示すようにOFDMシンボルで(1,1)、(−1,−1)の組み合わせが送信される場合と、(1,−1),(−1,1)の組み合わせが送信される場合がある。よってOFDMシンボル毎に受信電力が変化する。従って、あるOFDMシンボルでパイロットサブキャリアの受信電力が低下して残留位相誤差の検出が不可能になった場合でも、次シンボルでは受信電力が回復する可能性がある。この結果、パイロットサブキャリアの受信電力が全て低下してしまうことによる不感帯をなくすことができる。
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106は、図19に示されるように図12に示した第2の実施形態または図14に示した第3の実施形態と、図16に示した第4の実施形態を組み合わせている。すなわち、第5の実施形態では送信アンテナ毎にパイロットサブキャリアの極性が異なっており、さらに送信アンテナ毎にパイロットサブキャリアを変調するPN系列が異なっている。従って、パイロットサブキャリアのベースバンド信号は、送信アンテナ101a及び101bに対してそれぞれ次のように書くことができる。
As described above, according to the fourth embodiment, a combination of (1, 1) and (-1, -1) is transmitted in the OFDM symbol as shown in FIG. -1,1) may be transmitted. Therefore, the received power changes for each OFDM symbol. Therefore, even if the received power of the pilot subcarrier decreases in a certain OFDM symbol and the residual phase error cannot be detected, the received power may be recovered in the next symbol. As a result, it is possible to eliminate a dead zone due to a decrease in all received power of pilot subcarriers.
(Fifth embodiment)
The pilot
この場合、パイロットサブキャリアは図20のようになり、パイロットサブキャリアについて送信アンテナ101a及び101bにより形成されるそれぞれ指向性ビームは、周波数毎に異なる方向を向き、シンボル時間方向でも異なる方向を向く。従って、ある周波数またはある時間でパイロットサブキャリアの受信レベルが低かったとしても、別の周波数または別のシンボルでパイロットサブキャリアを受信でき、不感帯を減らすことが可能になる。
In this case, the pilot subcarriers are as shown in FIG. 20, and the directional beams formed by the transmitting
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106では、図21に示されるようにPN系列発生器110a及び110bからのPN系列が送信ダイバーシチ回路125a及び125bに入力されることによって、パイロットサブキャリアは次のように送信される。
(Sixth embodiment)
In the pilot
ただし、「*」は複素共役を示す。数式(19)−(22)で示しているように、PN系列は二つの送信アンテナ101a及び101bと二つのシンボルを使って送信ダイバーシチを用いて送信される。数式(19)−(22)で示した送信ダイバーシチ方法は、米国特許第6,185,258B1号明細書で開示されている送信ダイバーシチ方法と同じである。
However, “*” indicates a complex conjugate. As shown in equations (19)-(22), the PN sequence is transmitted using transmission diversity using two
数式(19)−(22)で示した具体的なパイロットサブキャリアの信号は、図22における−k+1番目のサブキャリア及びk−4番目のサブキャリアに適用されている。数式(19)−(22)はj番目のパイロットサブキャリアに対して示したものであり、他のサブキャリアでは送信方法を変えることも可能である。具体的には、以下のように記述することができる。 The specific pilot subcarrier signals shown in Equations (19)-(22) are applied to the -k + 1th subcarrier and the k-4th subcarrier in FIG. Equations (19)-(22) are shown for the j-th pilot subcarrier, and the transmission method can be changed for other subcarriers. Specifically, it can be described as follows.
数式(23)−(26)で示した具体的なパイロットサブキャリアは、図22における−k+4番目のサブキャリア及びk−1番目のサブキャリアに適用されている。図5に示したOFDM信号受信装置における残留位相誤差検出器204では、例えば米国特許第6,185,258B1号明細書で開示されている復号方法を用いて送信ダイバーシチに対応する復号を行うことにより、パイロットサブキャリアの信号対雑音電力比を最大にすることが可能になる。
The specific pilot subcarriers shown in Expressions (23) to (26) are applied to the −k + 4th subcarrier and the k−1th subcarrier in FIG. The residual
数式(16)−(19)から分かるように、ここでは2シンボル時間を使ってダイバーシチ送信を行っているので、1シンボルのみを受信しただけではダイバーシチ利得が得られない。図23は、−k+4番目のサブキャリアが数式(16)−(19)を用いて変調された場合の信号を示している。図23に示すように、シンボル1では1シンボルのみを受信した信号で残留位相誤差の検出を行うが、2シンボル目からは前回受信したシンボルを利用できるため、シンボル1とシンボル2の受信信号を用いてシンボル2の残留位相誤差の検出を行うことが可能である。同様に、シンボル2とシンボル3の受信信号を用いてシンボル3の残留位相誤差の検出を行うことも可能である。すなわち、二つのシンボル間をオーバラップさせて、位相誤差の検出を行うことが可能である。なお、全ての残留位相誤差検出を現在受信している単一シンボルのみを用いて行うことも可能である。
As can be seen from the equations (16)-(19), diversity transmission is performed using two symbol times here, so that diversity gain cannot be obtained by receiving only one symbol. FIG. 23 shows a signal when the −k + 4th subcarrier is modulated using Expressions (16) − (19). As shown in FIG. 23, the residual phase error is detected with the signal that received only one symbol in
このように第6の実施形態によれば、パイロットサブキャリアを送信ダイバーシチを用いて送信することにより、精度の良い残留位相誤差を検出することができ、受信性能が向上する。 As described above, according to the sixth embodiment, by transmitting pilot subcarriers using transmission diversity, it is possible to detect an accurate residual phase error and improve reception performance.
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106では、図24に示されるようにパイロットサブキャリアとデータサブキャリアの位置を送信アンテナ101a及び101bで異ならせるためのサブキャリア配置装置126a及び126bが設けられる。サブキャリア配置装置126a及び126bはパイロットサブキャリアとデータサブキャリアの場所が送信アンテナで異なっていることである。次に図24を参照してパイロットサブキャリア挿入部607の具体的な説明をする。
(Seventh embodiment)
In pilot
送信アンテナ101a用にPN系列と極性Sa(1)-Sa(4)を乗算された変調信号は、それぞれパイロットサブキャリアPa(1)-Pa(4)としてサブキャリア配置装置126aへ入力される。サブキャリア配置装置126aでは、データサブキャリアとパイロットサブキャリアの並べ替えを行い、IFFTユニット107aへ入力する。送信アンテナ101bも同様であるため説明を省略する。
Modulated signals obtained by multiplying the PN sequence and the polarity Sa (1) -Sa (4) for the transmitting
図25に、第7の実施形態におけるサブキャリア配置を示すように、サブキャリアのうちパイロットサブキャリアは単一の送信アンテナからのみ送信される。例えば、送信アンテナ101aからは−k番目のサブキャリアとしてPN系列で変調されたパイロットサブキャリアPN(1)が送信され、送信アンテナ101bからはデータサブキャリア(DATA)が送信される。−k+2番目のサブキャリアについても同様に、送信アンテナ101aからはパイロットサブキャリアが送信され、送信アンテナ101bからはデータサブキャリア(DATA)が送信される。
In FIG. 25, as shown in the subcarrier arrangement in the seventh embodiment, pilot subcarriers of the subcarriers are transmitted only from a single transmission antenna. For example, a pilot subcarrier PN (1) modulated with a PN sequence is transmitted from the
データ信号はランダムな信号であるから、送信アンテナ101aから送信される第1データサブキャリアと送信アンテナ101bから送信される第2データサブキャリア間の相関は一般に低い。このため、送信アンテナ101aから送信されるサブキャリアと送信アンテナ101bから送信されるサブキャリア間の位相差は、−k番目のサブキャリアと−k+2番目のサブキャリアとで異なるため、k番目のサブキャリアで送信されるパイロットサブキャリアと、-k+2番目のサブキャリアで送信されるパイロットサブキャリアの指向性ビームは異なる可能性が高い。
Since the data signal is a random signal, the correlation between the first data subcarrier transmitted from the
従って、第7の実施形態によると全てのパイロットサブキャリアの受信電力がヌルの影響で同時に落ちこむ確率が非常に小さくなるため、不感帯が生じるようなことはない。また、1シンボル区間でたまたまパイロットサブキャリアの電力が低下しても、現シンボルと次シンボルでデータ信号が異なる可能性は高いため、次シンボルでパイロットサブキャリアの受信電力が回復する可能性は高い。このように第7の実施形態によると、パイロットサブキャリアを受信できる確率を大きくし、不感帯を減らすことができる。 Therefore, according to the seventh embodiment, since the probability that the received power of all pilot subcarriers simultaneously falls due to the influence of null is very small, there is no dead zone. Also, even if the pilot subcarrier power happens to fall in one symbol period, there is a high possibility that the data signal is different between the current symbol and the next symbol. . As described above, according to the seventh embodiment, it is possible to increase the probability of receiving pilot subcarriers and reduce the dead zone.
パイロットサブキャリアの配置の変更は、無線パケットの中で行うことも可能である。 The change of the arrangement of pilot subcarriers can also be performed in a radio packet.
例えばIEEE 802.11aの規格では、図15に示すユニークワードの中に、全サブキャリアの伝達関数を推定するためのパイロット信号が挿入されており、これを元に数式(1)で示した伝搬路応答を求めることが可能である。ところが、データシンボル中には、パイロット信号はパイロットサブキャリアのみを用いて送信されているため、伝搬路の時間的な変動が早い場合は、伝搬路応答の追従が困難である。ところが、パイロットサブキャリアの配置を無線パケット間で変更し、他のサブキャリアからもパイロット信号を送信することで、他のサブキャリアの伝搬路応答を追従することが可能になる。よって本方式を用いることで精度の良い受信を行うことができる。なお、第7の実施形態でパイロットサブキャリアの極性を全て同じとしたが、第1〜第6の実施形態と同様にすることも可能である。 For example, in the IEEE 802.11a standard, a pilot signal for estimating the transfer function of all subcarriers is inserted in the unique word shown in FIG. It is possible to ask for a response. However, since a pilot signal is transmitted using only pilot subcarriers in a data symbol, it is difficult to follow the propagation path response when the temporal variation of the propagation path is fast. However, by changing the arrangement of pilot subcarriers between radio packets and transmitting pilot signals from other subcarriers, it becomes possible to follow the propagation path responses of other subcarriers. Therefore, accurate reception can be performed by using this method. In addition, although all the polarities of the pilot subcarriers are the same in the seventh embodiment, it can be the same as in the first to sixth embodiments.
(第8の実施形態)
本発明によると、一つの無線パケットの中で単一のアンテナからデータを送信する部分と複数のアンテナからデータを送信する部分が混在する無線パケットを受信する場合にも、残留位相誤差の補償を正確に行うことが可能である。Jan Boerらによって“Backwards compatibility,” IEEE 802.11-03/714r0で提案された無線通信用プリアンブル信号案によると、図26に示されるように、まず一つの送信アンテナ101aから時間同期、周波数同期及びAGCに用いるショートプリアンブル列x01、伝搬路応答推定用のロングプリアンブル列x02、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第1シグナルフィールドx03を送信し、引き続きIEEE 802.11nで用いる第2シグナルフィールドx04を送信する。なお、第2シグナルフィールドには、多重化される送信アンテナの数や、多重化方法などが記載されている。次に、送信アンテナ101bから伝搬路応答推定用のロングプリアンブル列x05,を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、複数の送信アンテナ101a及び101bから送信データx08,x09を同時に送信する。
(Eighth embodiment)
According to the present invention, even when receiving a wireless packet in which a part for transmitting data from a single antenna and a part for transmitting data from a plurality of antennas are received in one wireless packet, the residual phase error is compensated. It can be done accurately. According to the radio communication preamble signal proposal proposed by Jan Boer et al. In “Backwards compatibility,” IEEE 802.11-03 / 714r0, as shown in FIG. 26, first, from one
図26に示した無線通信用プリアンブル信号は、ショートプリアンブルx01から第1シグナルフィールドx03までは送信アンテナ101aからの送信を基本とした図27に示すIEEE 802.11a規格の無線通信用プリアンブル信号と同一である。これにより、図26に示すプリアンブル信号を受信したIEEE 802.11a規格に基づく無線受信装置は、受信パケットをIEEE 802.11a規格に基づく無線パケットと認識することができる。従って、図26に示すプリアンブル信号は、一つの無線機上で複数のアンテナから異なるデータを同時に送信するIEEE 802.11nを単一のアンテナからデータを送信するIEEE 802.11a規格と共存させることを可能とする。
The wireless communication preamble signal shown in FIG. 26 is the same as the IEEE 802.11a standard wireless communication preamble signal shown in FIG. 27 based on transmission from the
さて、図27に示したIEEE 802.11aの無線パケットではSIGNALフィールド以降にパイロットサブキャリアが挿入されており、これを元に残留位相誤差の補償を行うことが可能である。一方、本発明を図26に示した無線パケットに適用する場合、SIGNALフィールド及びSIGNAL2フィールドにパイロットサブキャリアが挿入されており、その後X08〜X09のDATA部にもパイロットサブキャリアを配置する構成が考えられ、後X08〜X09以降では、本発明の第1〜第7の実施形態で説明したパイロットサブキャリアを配置する構成が考えられる。第8の実施形態では、第1の実施形態を用いたパイロットサブキャリアが送信されている場合について説明する。 In the wireless packet of IEEE 802.11a shown in FIG. 27, pilot subcarriers are inserted after the SIGNAL field, and it is possible to compensate for the residual phase error based on this. On the other hand, when the present invention is applied to the radio packet shown in FIG. 26, a configuration is considered in which pilot subcarriers are inserted in the SIGNAL field and SIGNAL2 field, and thereafter pilot subcarriers are also arranged in the DATA portion of X08 to X09. In the subsequent X08 to X09 and later, a configuration in which the pilot subcarriers described in the first to seventh embodiments of the present invention are arranged can be considered. In the eighth embodiment, a case where pilot subcarriers using the first embodiment are transmitted will be described.
そこで、図28を用いて図26で示した無線パケットを受信する際の具体的な制御について説明する。なお、図28は図26で示した無線パケットを受信する際の、受信装置を示したものである。図28に関して、図5と異なる点は復号器207の出力がSIGNAL解析部208へ入力され、SIGNAL解析部208の結果を元に、残留位相誤差検出部204を制御する点である。
Therefore, specific control when the wireless packet shown in FIG. 26 is received will be described with reference to FIG. FIG. 28 shows a receiving apparatus when receiving the wireless packet shown in FIG. 28 differs from FIG. 5 in that the output of the
ショートプリアンブルx01を受信した受信機は、図示しないAGC及び時間同期手段を用いてロングプリアンブル列x02の先頭を検出し、FFTウィンドウの検出を行う。また同時に周波数オフセットの推定及び補償を行う。ロングプリアンブル列x02を受信した受信機は既知のパイロットサブキャリアを用いて全てのサブキャリアの伝搬路応答を測定する。特にパイロットサブキャリアの伝搬路応答は、残留位相誤差検出器204に渡される。以上の処理は公知の技術で実現できるため、説明を省略する。
The receiver that has received the short preamble x01 detects the beginning of the long preamble sequence x02 using AGC and time synchronization means (not shown) and detects the FFT window. At the same time, the frequency offset is estimated and compensated. The receiver that has received the long preamble sequence x02 measures the propagation path responses of all subcarriers using known pilot subcarriers. In particular, the propagation path response of the pilot subcarrier is passed to the residual
次に、無線受信機はSIGNALフィールドx03を受信する。SIGNALフィールドはFFT202a及びFFT2bにおいてFFTが施される。FFT出力は干渉除去回路に入力されるが、SIGNALフィールドは単一のアンテナから送信されているため、干渉除去を行う必要がない。よって、干渉除去回路で施される処理は、単位行列を乗算する処理か、あるいはFFT202a及び202bの出力を重み付け合成して信号電力対雑音電力比を向上させる処理になる。次に干渉除去回路の出力は残留位相誤差検出器204に入力される。
Next, the wireless receiver receives the SIGNAL field x03. The SIGNAL field is subjected to FFT in
図29は、第8の実施形態の残留位相誤差検出器で行われる処理の概念図を示す。今、送信アンテナ101aから送信され、受信アンテナ201aで受信されたロングプリアンブルを受信した場合の伝搬路応答が図29に示すHaaであったとする。パイロットサブキャリアがBPSKで送信された場合、データ部で受信されるパイロットサブキャリアが取りうる値は図29に示す(1)の点あるいは(−1)の点であり、これを基準点として残留位相誤差の検出を行う。
FIG. 29 is a conceptual diagram of processing performed by the residual phase error detector according to the eighth embodiment. Now, assume that the propagation path response when receiving the long preamble transmitted from the transmitting
次に、SIGNAL部のパイロットサブキャリアの受信点が図29に示す「単一アンテナ送信時の次シンボル」であった場合、残留位相誤差検出器は(1)の点と「単一アンテナ送信時の次シンボル」の点との位相差θ1を残留位相誤差として計測し、位相補償器でこれを補正する。SIGNAL2部を受信する場合も同様にして、残留位相誤差を検出することが可能である。
Next, when the reception point of the pilot subcarrier of the SIGNAL part is the “next symbol at the time of single antenna transmission” shown in FIG. 29, the residual phase error detector indicates the point (1) and “at the time of single antenna transmission. The phase difference θ1 from the point of “next symbol” is measured as a residual phase error, and this is corrected by the phase compensator. Similarly, when the
なお、SIGNAL2部を復調した復調器207は、復号結果をSIGNAL解析部208へ渡す。SIGNAL解析部208では、第2シグナルフィールドを解析し、多重化されている送信アンテナの数や多重化方法を解析し、残留位相誤差検出部204へ渡す。
Note that the
次に、受信機は送信アンテナ101bからのロングプリアンブルを受信し、送信アンテナ101bからの伝搬路応答の測定を行う。次にDATA部X08〜X09を受信する場合について説明する。ここでは、DATA部は二つの送信アンテナ101a及び101bからの信号で多重されており、多重されるパイロットサブキャリアは数式(4)及び(5)の極性を持っている場合について説明をする。先ほど述べたように、多重化されている送信アンテナの数はSIGNAL解析部208からの信号により認識が可能である。
Next, the receiver receives the long preamble from the
ここで、4つのパイロットサブキャリアのうち、数式(4)及び(5)の一番左に記してあるSa(1)及びSb(1)の極性を持つパイロットサブキャリアに着目する。この周波数で送信されるパイロットサブキャリアの極性はSa(1)=1及びSb(1)=1である。よって、いま送信アンテナ101aからの受信アンテナ201aまでの伝搬路応答がHaaで、送信アンテナ101bから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答がHbaの場合、DATA部で受信されるパイロットサブキャリアの伝搬路応答値は図29で示すHaa+Hbaとなる。よって、残留位相誤差検出器は測定された伝搬路応答値Haa及びHbaと、SIGNAL解析部208からの多重化情報を元に、合成された伝搬路応答値Haa+Hbaを用いて基準点を求め、この基準点からのずれを検出する。
Here, attention is paid to pilot subcarriers having polarities of Sa (1) and Sb (1) described in the leftmost of the equations (4) and (5) among the four pilot subcarriers. The polarities of pilot subcarriers transmitted at this frequency are Sa (1) = 1 and Sb (1) = 1. Therefore, when the propagation path response from the
具体的には、パイロットサブキャリアはそれぞれPN系列で変調されたBPSK信号で送信されるため、図29に示す(1,1)及び(−1,−1)の点が受信される。すなわち、単一アンテナを受信している場合には、図29の(1)及び(−1)の点を基準に残留位相誤差を検出することが可能であるが、複数アンテナからの送信に切り替わった場合は、(1,1)及び(−1,−1)の点を基準に残留位相誤差を検出する必要がある。 Specifically, since the pilot subcarriers are transmitted as BPSK signals modulated by PN sequences, the points (1, 1) and (-1, -1) shown in FIG. 29 are received. That is, when a single antenna is received, the residual phase error can be detected with reference to points (1) and (-1) in FIG. 29, but the transmission is switched to transmission from a plurality of antennas. In this case, it is necessary to detect the residual phase error with reference to the points (1, 1) and (-1, -1).
このように、単一アンテナ送信の場合と、複数アンテナ送信の場合では、残留位相誤差検出器の動作を切り替える必要があるため、第8の実施形態では図26に示す第2シグナルフィールドX04(SIGNAL2)を解析することにより実現している。第2シグナルフィールドには、送信側で多重される信号の数あるいは多重の方式が記載されているため、これを解析することで伝搬路応答値の基準点を求めることができ、かつ、単一アンテナからの送信信号を受信している場合の基準点と、複数アンテナから送信されている信号を受信している場合の基準点を切り替えることが可能である。よって単一アンテナからの信号を受信している場合も、複数のアンテナからの信号を受信している場合も、いずれの場合でも適切に基準信号点を切り替えることが可能になり、いずれの場合でも適切な残留位相誤差の検出及び保証を行うことが可能になる。 Thus, since it is necessary to switch the operation of the residual phase error detector in the case of single antenna transmission and in the case of multiple antenna transmission, in the eighth embodiment, the second signal field X04 (SIGNAL2 shown in FIG. ) Is analyzed. In the second signal field, the number of signals multiplexed on the transmission side or the multiplexing method is described. By analyzing this, the reference point of the propagation path response value can be obtained, and a single signal field can be obtained. It is possible to switch between a reference point when receiving a transmission signal from an antenna and a reference point when receiving a signal transmitted from a plurality of antennas. Therefore, even when receiving a signal from a single antenna or receiving signals from multiple antennas, it is possible to switch the reference signal point appropriately in either case. Appropriate residual phase error can be detected and guaranteed.
(第9の実施形態)
これまでの実施形態では、送信アンテナ毎に異なる信号を送信するOFDM信号送信装置について説明したが、本発明は複数の送信ビーム毎に異なる信号を送信する送信方法を用いるOFDM信号送信装置にも適用可能である。
(Ninth embodiment)
In the embodiments described so far, the OFDM signal transmitting apparatus that transmits a different signal for each transmission antenna has been described. However, the present invention is also applicable to an OFDM signal transmitting apparatus that uses a transmission method that transmits a different signal for each of a plurality of transmission beams. Is possible.
図31に、本発明の第9の実施形態に従う複数の送信ビーム毎に異なる信号を送信するOFDM送信装置を示す。図31において、符号化器102、シリアル・パラレル変換器103、変調器104a及び104b、シリアル・パラレル変換器105a,105b及びパイロットサブキャリア挿入部106については、第1〜第8の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 31 shows an OFDM transmission apparatus that transmits different signals for each of a plurality of transmission beams according to the ninth embodiment of the present invention. In FIG. 31, an
第9の実施形態によると、パイロットサブキャリア挿入部106によりデータサブキャリアの間にパイロットサブキャリアが挿入されたサブキャリアは、ビーム形成器108に入力される。ビーム形成器108では、シリアル・パラレル変換器105aからの出力とシリアル・パラレル変換器105bからの出力をそれぞれ重み付け合成して、IFFT部107a及び107bへ出力する。IFFT後の出力は送信アンテナ101a及び101bから出力される。
According to the ninth embodiment, the subcarrier in which the pilot subcarrier is inserted between the data subcarriers by the pilot
ビーム形成器108は、複数の送信ビームを形成するための処理を行う装置であり、その実現法については公知の技術を用いることができる。送信ビームの形成はサブキャリア毎に独立に行ってもよいし、全てのサブキャリアで同一のビームを形成することも可能である。図31では、ビーム形成器108はIFFTユニット117a,107bの前に挿入されているが、IFFTユニット117a,107bの後に挿入してもよい。
The
このように第1から第8の実施形態のようにアンテナ毎にOFDM信号を生成することに代えて送信ビーム毎にOFDM信号を生成する場合においても、パイロットサブキャリアの極性に関して第1〜第8の実施形態と同様の設定を行うことができる。 As described above, even when the OFDM signal is generated for each transmission beam instead of generating the OFDM signal for each antenna as in the first to eighth embodiments, the first to eighth polarities of the pilot subcarriers are used. The same setting as in the embodiment can be performed.
なお、本実施形態ではパイロットサブキャリアの極性パターンは、簡略化のため無線パケット内で固定である場合で説明したが、無線パケット内、すなわちOFDMシンボル毎に変化させたとしても本発明によって得られる効果を損なうものではない。図12で示したように無線送信機は複数の極性パターンをROMに備えており、無線パケットカウンタの代わりにOFDMシンボル数をカウントするカウンタを設け、カウンタに従って、複数の極性パターンの中からアンテナ毎に一つを選択することで、パイロットサブキャリアの極性パターンを変えてもよい。 In the present embodiment, the pilot subcarrier polarity pattern is described as being fixed in a radio packet for the sake of simplicity. However, even if it is changed in a radio packet, that is, for each OFDM symbol, it is obtained by the present invention. It does not impair the effect. As shown in FIG. 12, the radio transmitter has a plurality of polarity patterns in the ROM, and a counter for counting the number of OFDM symbols is provided instead of the radio packet counter, and each antenna is selected from the plurality of polarity patterns according to the counter. The polarity pattern of the pilot subcarriers may be changed by selecting one of them.
(第10の実施形態)
次に、本発明の第10の実施形態について説明する。本実施形態が第1乃至第9の実施形態と異なる点は、パイロットサブキャリアの極性がOFDMシンボル毎に変化し、かつパイロットサブキャリアの周波数、すなわちパイロットサブキャリアの位置が周期的に変化する点である。このようにパイロットサブキャリアの位置が周期的に変化することによって、全てのサブキャリアの伝搬路推定を行うことが可能となる。
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first to ninth embodiments in that the polarity of the pilot subcarrier changes for each OFDM symbol, and the frequency of the pilot subcarrier, that is, the position of the pilot subcarrier changes periodically. It is. As described above, when the positions of the pilot subcarriers are periodically changed, it is possible to estimate the propagation paths of all the subcarriers.
図32〜図35に、本実施形態のパイロットサブキャリア配置を送信アンテナ数が4本の場合について示す。すなわち、図32は第1送信アンテナから送信されるOFDM信号のパイロットサブキャリア配置を示し、同様に図33、図34、図35はそれぞれ第2、第3、第4送信アンテナから送信されるOFDM信号のパイロットサブキャリア配置を示している。図32〜図35において横軸はサブキャリア番号(この例では−26〜26)、すなわちサブキャリアの周波数(位置)を表し、縦軸はOFDMシンボル番号(この例ではDATA1〜DATA12)を表す。図32〜図35において空白以外の升目にパイロットサブキャリアが配置されており、升目に書かれた記号はパイロットサブキャリアの極性を示している。図32〜図35では、PN系列は記載されておらず、データサブキャリアについての記述も省略してある。 32 to 35 show the pilot subcarrier arrangement of the present embodiment when the number of transmission antennas is four. That is, FIG. 32 shows the pilot subcarrier arrangement of the OFDM signal transmitted from the first transmitting antenna, and similarly, FIGS. 33, 34, and 35 are OFDM transmitted from the second, third, and fourth transmitting antennas, respectively. The pilot subcarrier arrangement of the signal is shown. 32 to 35, the horizontal axis represents the subcarrier number (-26 to 26 in this example), that is, the frequency (position) of the subcarrier, and the vertical axis represents the OFDM symbol number (DATA1 to DATA12 in this example). In FIG. 32 to FIG. 35, pilot subcarriers are arranged in cells other than blanks, and the symbols written in the cells indicate the polarity of the pilot subcarriers. 32 to 35, the PN sequence is not described, and the description about the data subcarrier is also omitted.
本実施形態においては、パイロットサブキャリアは送信アンテナ間で複数の単位時間において互いに直交している。図32〜図35の例では、1OFDMシンボル時間を単位時間として、パイロットサブキャリアは4OFDMシンボル区間において4つの送信アンテナ間で互いに直交している。さらに、パイロットサブキャリアの周波数(位置)は、複数の単位時間の整数倍の周期、例えば4OFDMシンボル周期で変化している。 In this embodiment, pilot subcarriers are orthogonal to each other in a plurality of unit times between transmission antennas. In the example of FIGS. 32 to 35, the pilot subcarriers are orthogonal to each other among the four transmission antennas in the 4 OFDM symbol period, with one OFDM symbol time as a unit time. Further, the frequency (position) of the pilot subcarrier changes in a period that is an integral multiple of a plurality of unit times, for example, 4 OFDM symbol periods.
図32〜図35に示したパイロットサブキャリアの極性は、数式(9)と同様の記述方法を用いて以下のように記述できる。 The polarities of the pilot subcarriers shown in FIGS. 32 to 35 can be described as follows using a description method similar to Equation (9).
ただし、SPpos(i,t),k,tはPpos(i,t)番目のサブキャリアがパイロットサブキャリアとして用いられていることを示し、またkは送信アンテナ番号、tはOFDMシンボルの番号を示す。数式(27)では、数式(9)の右辺に次の数式(28)で表される極性データProt(i,t)が乗じられている。 Where S Ppos (i, t), k, t indicates that the P pos (i, t) th subcarrier is used as a pilot subcarrier, k is a transmission antenna number, and t is an OFDM symbol. Indicates the number. In Expression (27), the right side of Expression (9) is multiplied by polarity data P rot (i, t) expressed by the following Expression (28).
ここで、Ppos(i,t)はパイロットサブキャリアの番号i及びOFDMシンボルの番号tから、サブキャリアの番号を変換する変換関数であり、具体的には例えば次のように記述できる。 Here, P pos (i, t) is a conversion function for converting the subcarrier number from the pilot subcarrier number i and the OFDM symbol number t, and can be described specifically as follows, for example.
図36に、数式(28)に送信アンテナの番号k及びOFDMシンボルの番号tを代入して得られる極性データProt(i,t)の値を示す。図36から分かるように、数式(28)はOFDMシンボルの番号tについて周期性を持ち、本実施形態ではその周期は4OFDMシンボル区間である。具体的には、t=1の時とt=5の時とで極性データProt(i,t)の値は同じである。 FIG. 36 shows the value of the polarity data P rot (i, t) obtained by substituting the number k of the transmitting antenna and the number t of the OFDM symbol in Equation (28). As can be seen from FIG. 36, Equation (28) has periodicity with respect to the number t of the OFDM symbol, and in this embodiment, the cycle is 4 OFDM symbol intervals. Specifically, the value of the polarity data P rot (i, t) is the same when t = 1 and when t = 5.
また、数式(29)からも分かるように、パイロットサブキャリアの位置(周波数)は数式(28)の周期に従って変化している。例えば、第1〜第4送信アンテナから送信されるサブキャリアにおいては、まずt=1〜4である最初の4OFDMシンボル区間(DATA1〜DATA4の区間)に、サブキャリア番号−20,−7,+7,+20の位置にパイロットサブキャリアが配置される。 Further, as can be seen from Equation (29), the position (frequency) of the pilot subcarrier changes according to the period of Equation (28). For example, in the subcarriers transmitted from the first to fourth transmission antennas, first, subcarrier numbers −20, −7, +7 are included in the first 4 OFDM symbol sections (DATA1 to DATA4 sections) where t = 1 to 4. , +20, pilot subcarriers are arranged.
ここで、例えばサブキャリア番号−20に配置されるパイロットサブキャリアに着目すると、第1送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアの極性は“1,1,1,1”、第2送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアの極性は“1,j,−1,−j”、第3送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアの極性は“1,−1,1,−1”、第4送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアの極性は“1,−j,−1,j”であり、第1〜第4送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアは4OFDMシンボル区間内において互いに直交している。他のサブキャリア番号−7,+7,+20に配置されるパイロットサブキャリアも同様であり、第1〜第4送信アンテナ間で4OFDMシンボル区間内において互いに直交している。
Here, for example, focusing on the pilot subcarrier arranged at subcarrier number −20, the polarity of the pilot subcarrier transmitted from the first transmission antenna is “1, 1, 1, 1”, and transmission is performed from the second transmission antenna. The pilot subcarriers to be transmitted have a polarity of “1, j, −1, −j”, the pilot subcarriers transmitted from the third transmission antenna have a polarity of “1, −1, 1, −1”, and the fourth transmission antenna. The pilot subcarriers transmitted from 1 are “1, -j, −1, j”, and the pilot subcarriers transmitted from the first to fourth transmission antennas are orthogonal to each other within 4 OFDM symbol intervals. The same applies to the pilot subcarriers arranged at the other subcarrier numbers -7, +7, and +20, and the first to fourth transmission antennas are orthogonal to each other within 4 OFDM symbol intervals.
次に、t=5〜8である次の4OFDMシンボル区間(DATA5〜DATA8の区間)には、サブキャリア番号−17,−4,+10,+23のパイロットサブキャリアが送信されるが、この際に第1〜第4送信アンテナから送信されるパイロットサブキャリアの極性はt=1〜4の最初の4OFDMシンボル区間と同様であり、互いに直交している。 Next, pilot subcarriers of subcarrier numbers -17, -4, +10, and +23 are transmitted in the next 4 OFDM symbol periods (DATA5 to DATA8 periods) in which t = 5 to 8, and at this time, The polarities of the pilot subcarriers transmitted from the first to fourth transmission antennas are the same as those of the first 4 OFDM symbol periods of t = 1 to 4, and are orthogonal to each other.
さらに、図32〜図35及び数式(27)に示されるように、パイロットサブキャリアは周波数軸上でも直交している。例えば、第2送信アンテナから送信される図33に示すパイロットサブキャリアに注目すると、t=1〜4である最初の4OFDMシンボル区間(DATA1〜DATA4の区間)に、サブキャリア番号−20の位置に配置されるパイロットサブキャリアの極性は“1,j,−1,−j”、サブキャリア番号−7の位置に配置されるパイロットサブキャリアの極性は“−j,1,j,−1”、サブキャリア番号+7の位置に配置されるパイロットサブキャリアの極性は“−1,−j,1,j”、サブキャリア番号+20の位置に配置されるパイロットサブキャリアの極性は“−j,1,j,−1”であり、互いに直交していることが分かる。 Further, as shown in FIGS. 32 to 35 and Expression (27), the pilot subcarriers are orthogonal on the frequency axis. For example, paying attention to the pilot subcarriers shown in FIG. 33 transmitted from the second transmission antenna, in the first 4 OFDM symbol intervals (DATA1 to DATA4 intervals) where t = 1 to 4, the subcarrier number is set to −20. The polarity of pilot subcarriers arranged is “1, j, −1, −j”, and the polarity of pilot subcarriers arranged at the position of subcarrier number −7 is “−j, 1, j, −1”, The polarity of the pilot subcarrier arranged at the position of the subcarrier number +7 is “−1, −j, 1, j”, and the polarity of the pilot subcarrier arranged at the position of the subcarrier number +20 is “−j, 1, j, -1 ", which are found to be orthogonal to each other.
なお、数式(28)の周期と数式(29)で示されるパイロットサブキャリア位置の変更周期は同じである必要はなく、数式(29)の周期は数式(28)の周期の整数倍であれば良い。また、数式(29)はフーリエ係数から生成しているが、時間軸tに関して直交している系列であればよい。図37に、実数を用いた場合の極性データPpos(k)の別の例を示す。 It should be noted that the period of the formula (28) and the pilot subcarrier position change period shown by the formula (29) are not necessarily the same, and the period of the formula (29) is an integral multiple of the period of the formula (28). good. Moreover, although Formula (29) is produced | generated from the Fourier coefficient, what is necessary is just a series orthogonal about the time-axis t. FIG. 37 shows another example of the polarity data P pos (k) when a real number is used.
次に、図38を用いて本実施形態に従うパイロットサブキャリア挿入部106について説明する。パイロットサブキャリア挿入部106を含むOFDM信号送信装置全体の構成は、図3と同様であるので説明を省略する。図38に示すパイロットサブキャリア挿入部106においては、図3におけるシリアル・パラレル変換器105a及び105bからの送信データはサブキャリア配置装置126a及び126bにそれぞれ入力される。
Next, pilot
一方、PN系列発生器110からのPN系列とROM121aに格納された、第1パイロットサブキャリアの極性データSa(j)との積を乗算ユニット111a〜111dで求めることにより生成される第1のパイロットサブキャリアは、サブキャリア配置装置126aに入力される。同様に、PN系列発生器110からのPN系列とROM121bに格納された、第2パイロットサブキャリアの極性データSb(j)との積を乗算ユニット112a〜112dで求めることにより生成される第2のパイロットサブキャリアは、サブキャリア配置装置126bに入力される。ここで、ROM121a及び121bには、それぞれ数式(27)〜(29)で示したProt(i,t)が極性データSa(j)及びSb(j)として蓄えられている。
On the other hand, the first pilot generated by calculating the product of the PN sequence from the
OFDMシンボル毎にパイロットサブキャリアの極性を変化させたり、パイロットサブキャリアの位置を変化させたりする処理は、次のように行われる。まず、DATA1を送信する場合、カウンタ131はOFDMシンボル周期のクロック信号130をカウントすることによりDATA1を送信する時間であることを認識し、サブキャリア配置制御器132及びパイロットパターン制御器133へDATA1に対するサブキャリア配置及びパイロットパターンを制御する指令を出す。一方、DATA2を送信する場合には、同様にカウンタ131はクロック信号130によりDATA2を送信する時間であることを認識し、サブキャリア配置制御器132及びパイロットパターン制御器133へDATA2に対するサブキャリア配置及びパイロットパターンを制御する指令を出す。パイロットパターン制御器133は、具体的には数式(27)(28)に従った値をROM121a及び121bから読み出し、サブキャリア配置制御器132は数式(29)に従った位置にパイロットサブキャリアを挿入する。このようにして、図32〜図35で示したようなパイロットサブキャリアを構成する。
The process of changing the polarity of the pilot subcarrier or changing the position of the pilot subcarrier for each OFDM symbol is performed as follows. First, when transmitting DATA1, the
次に、図39を用いて数式(27)で示されたパイロットサブキャリアを受信して残留位相誤差を検出する機能を有するOFDM信号受信装置について説明する。
受信アンテナ201aで受信されるOFDM信号は、図示しない無線受信ユニットを介してFFTユニット202aへ入力され、フーリエ変換が施されることにより各サブキャリアの信号に分割される。同様に、受信アンテナ201bで受信されるOFDM信号も、FFTユニット202bによってフーリエ変換が施されることにより各サブキャリアの信号に分割される。
Next, an OFDM signal receiving apparatus having a function of detecting a residual phase error by receiving pilot subcarriers represented by Expression (27) will be described using FIG.
An OFDM signal received by the receiving
FFTユニット202a及び202bから出力される各サブキャリアのうち、データサブキャリアは干渉除去回路203へ入力され、パイロットサブキャリアは残留位相誤差検出器204及び伝搬路変動検出器210へ入力される。残留位相誤差検出器204により検出された残留位相差は、位相補償器205a及び205bにより補償される。一方、伝搬路変動検出器210によって検出された伝搬路変動は、伝搬路変動補償器211a及び211bにより補償される。残留位相誤差検出器204、伝搬路変動検出器210、伝搬路変動補償器211a及び211b以外の要素については、図5におけるOFDM受信装置と同様であるため、説明を省略する。
Of the subcarriers output from the
なお、本実施形態では位相補償器204と伝搬路補償器211a及び211bを個別に設けているが、いずれも伝搬路応答の補償を行うものとみなすことができるため、位相補償器204と伝搬路補償器211a及び211bを単一の補償器で実現することも可能である。また、本実施形態では位相補償器204、伝搬路補償器211a及び211bを干渉除去回路203の後段に配置したが、前段に配置することも可能である。
In this embodiment, the
残留位相誤差検出器204では、パイロットサブキャリアを用いて残留位相誤差を検出する。各OFDMシンボルにおけるパイロットサブキャリアの極性データ、及び極性データに乗算されるPN系列は、OFDM信号受信装置において既知である。よって残留位相誤差検出器204は、第1の実施形態で説明した図6に示す検出原理、第4の実施形態で説明した図18に示す検出原理、第6の実施形態で説明した図23に示す検出原理、あるいは第8の実施形態で説明した図29に示す検出原理のいずれかを用いて残留位相誤差の検出を行うことが可能である。
The residual
次に、パイロットサブキャリアを用いた伝搬路推定について説明する。今、例として−20番目のパイロットサブキャリアについて説明する。送信アンテナ101aから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHaaとし、同様に送信アンテナ101bから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHba、図示しない送信アンテナ101cから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHca、図示しない送信アンテナ101dから受信アンテナ201aまでの伝搬路応答値をHdaとする。
Next, propagation path estimation using pilot subcarriers will be described. Now, the -20th pilot subcarrier will be described as an example. The propagation path response value from the
この場合、DATA1、DATA2、DATA3及びDATA4の区間で受信される信号は、雑音成分を省略すると、それぞれ以下のように書くことができる。 In this case, the signals received in the sections DATA1, DATA2, DATA3, and DATA4 can be written as follows if the noise component is omitted.
ここでは残留位相誤差が除去される前の信号について表記をしてあり、exp(jnθ)(n=1,2,3)が残留位相誤差成分を表す。次に、伝搬路推定値Haaの値が知りたい場合、次のような処理を行うことでHaaの推定値が求められる。 Here, the signal before the residual phase error is removed is described, and exp (jnθ) (n = 1, 2, 3) represents the residual phase error component. Next, when it is desired to know the value of the propagation path estimated value Haa, the estimated value of Haa is obtained by performing the following processing.
ここで、残留位相誤差成分exp(jnθ)(n=1,2,3)によって示される数シンボル間での位相差は十分1に近いと仮定できるため、数式(34)によりHaaの推定値を求めることが可能になる。これは図32〜図35で示したようなパイロットサブキャリアが直交する周期(本実施形態では4OFDM周期)毎にパイロットサブキャリアが送信されているからである。 Here, since it can be assumed that the phase difference between several symbols indicated by the residual phase error component exp (jnθ) (n = 1, 2, 3) is sufficiently close to 1, the estimated value of Haa can be calculated using Equation (34). It becomes possible to ask. This is because the pilot subcarriers are transmitted every period (four OFDM periods in the present embodiment) in which the pilot subcarriers are orthogonal as shown in FIGS.
同様に、Hbaの推定値については、次式により求めることができる。 Similarly, the estimated value of Hba can be obtained by the following equation.
一般的には、図32〜図35で示した系列の複素共役を係数とした計算を行うことで、各送信アンテナに対応する伝搬路応答値を求めることが可能になる。例えば、第8の実施形態で説明したように、図26のような無線パケット構成を用いた場合、パケットの先頭のロングプリアンブル部で全てのサブキャリアの伝搬路応答値を推定することが可能になる。しかしながら、伝搬路応答は周囲の変動に伴いパケット内で変動するおそれがあるので、特に、無線パケットの長さが伝搬路の変動に対して長い場合、ロングプリアンブル部で推定した伝搬路推定値と、DATA1〜DATA4部で推定した伝搬路推定値とが異なってしまう恐れも生じる。このような場合でも、パイロットサブキャリアを複数の送信アンテナ間で複数の単位時間内において互いに直交させると共に、かつ該単位時間の整数倍の周期でパイロットサブキャリアの周波数(位置)を変化させることにより、変動分を伝搬路変動補償器211a及び211bにおいて補償することができる。
In general, it is possible to obtain a channel response value corresponding to each transmission antenna by performing calculation using the complex conjugate of the series shown in FIGS. 32 to 35 as a coefficient. For example, as described in the eighth embodiment, when the wireless packet configuration as shown in FIG. 26 is used, it is possible to estimate the propagation path response values of all subcarriers at the long preamble portion at the head of the packet. Become. However, since the propagation path response may vary within the packet due to surrounding fluctuations, especially when the length of the wireless packet is longer than the propagation path fluctuation, the propagation path estimation value estimated by the long preamble portion Further, there is a possibility that the propagation path estimation value estimated in the DATA1 to DATA4 sections is different. Even in such a case, by making the pilot subcarriers orthogonal to each other within a plurality of unit times between a plurality of transmission antennas, and changing the frequency (position) of the pilot subcarriers at a cycle that is an integral multiple of the unit time. The fluctuation can be compensated in the propagation
上記の説明では、残留位相誤差補償を行う前の信号を用いて伝搬路変動値の推定を行ったが、残留位相補償後の信号を用いて伝搬路変動推定を行うことも可能である。この場合、数式(30)〜(33)における残留位相誤差成分は無視できるため、伝搬路変動値を高精度に求めることが可能になる。 In the above description, the propagation path fluctuation value is estimated using the signal before the residual phase error compensation, but the propagation path fluctuation estimation can be performed using the signal after the residual phase compensation. In this case, since the residual phase error component in Expressions (30) to (33) can be ignored, the propagation path fluctuation value can be obtained with high accuracy.
図40に、残留位相補償後の信号を用いて伝搬路変動推定を行うOFDM受信装置の構成を示す。図40では、FFTユニット202a及び202bの出力が残留位相誤差検出器204と位相補償器205a及び205bに渡され、位相補償器205a及び205bによる位相補償が行われた信号を用いて伝搬路変動検出器210で伝搬路応答の変動検出が行われる。
FIG. 40 shows the configuration of an OFDM receiver that performs propagation path fluctuation estimation using a signal after residual phase compensation. In FIG. 40, the outputs of the
このように本実施形態では、パイロットサブキャリアの直交区間毎にパイロットサブキャリアの位置を変化させている。ここで、直交区間とは送信アンテナ間でパイロットサブキャリアが互いに直交関係にある区間であり、図32〜図35に示した例では4OFDMシンボル区間である。従って、この直交区間での受信信号を用いて数式(34)のような処理を行うことにより、各送信アンテナからの伝搬路推定値を求めることが可能になる。また、一つの直交区間でパイロットサブキャリアを送信した後は、別のサブキャリアをパイロットサブキャリアとして用いることにより、全てのサブキャリアに対応する伝搬路推定値を推定することが可能になる。 Thus, in this embodiment, the position of the pilot subcarrier is changed for each orthogonal section of the pilot subcarrier. Here, the orthogonal section is a section in which the pilot subcarriers are orthogonal to each other between the transmission antennas, and is a 4 OFDM symbol section in the example shown in FIGS. Therefore, it is possible to obtain a propagation path estimation value from each transmitting antenna by performing processing such as Expression (34) using the received signal in the orthogonal section. In addition, after transmitting pilot subcarriers in one orthogonal section, it is possible to estimate channel estimation values corresponding to all subcarriers by using another subcarrier as a pilot subcarrier.
上記説明では送信アンテナが4本であるため、パイロットサブキャリアの直交周期が4OFDM区間の系列(例えば図32〜図35)を用いたが、送信アンテナが3本または2本の場合には、それぞれ直交周期が短い系列を用いることも可能である。また、本実施形態ではパイロットサブキャリアの極性を変化させて直交化を実現していたが、送信アンテナ毎にPN系列の種類を変えることで直交化を実現して、伝搬路推定を行うことも可能である。すなわち、第4の実施形態で示したように、PN系列を送信アンテナ毎に備えてパイロットサブキャリアを時間軸で直交させることで、第10の実施形態に示すような伝搬路推定を行うことも可能になる。 In the above description, since there are four transmission antennas, a series (for example, FIGS. 32 to 35) in which the orthogonal period of pilot subcarriers is 4 OFDM sections is used. However, when there are three or two transmission antennas, It is also possible to use a sequence with a short orthogonal period. Also, in this embodiment, orthogonalization is realized by changing the polarity of the pilot subcarrier. However, orthogonalization can be realized by changing the type of PN sequence for each transmission antenna to perform channel estimation. Is possible. That is, as shown in the fourth embodiment, a PN sequence is provided for each transmission antenna, and pilot subcarriers are orthogonalized on the time axis to perform propagation path estimation as shown in the tenth embodiment. It becomes possible.
図41に、PN系列を変えてパイロットサブキャリアを時間軸上で直交させる場合のパイロットサブキャリア挿入部106の構成を示す。図38に示したパイロットサブキャリア挿入部との違いは、図38ではOFDMシンボル毎に、すなわちDATA毎にパイロットサブキャリアの極性を変化させていたのに対し、図41では送信アンテナ毎にPN系列発生器11a,110bを備えている点である。
FIG. 41 shows the configuration of pilot
このように第10の実施形態によると、パイロットサブキャリアを複数の送信アンテナ間で複数の単位時間内において互いに直交させると共に、かつ該単位時間の整数倍の周期でパイロットサブキャリアの周波数(位置)を変化させ、さらにはパイロットサブキャリアを周波数軸上でも直交させることにより、パイロットサブキャリア送信時に各送信アンテナにより形成される指向性パターンを多様に異ならせることができる。 As described above, according to the tenth embodiment, pilot subcarriers are made orthogonal to each other within a plurality of unit times between a plurality of transmission antennas, and the frequency (position) of the pilot subcarriers is a period that is an integral multiple of the unit time. Further, by making the pilot subcarriers orthogonal on the frequency axis, the directivity patterns formed by the transmitting antennas during pilot subcarrier transmission can be varied.
従って、第1〜第9の実施形態と同様に全てのパイロットサブキャリアの受信電力が同時に落ち込んでしまうような不感帯を減らし、高品質な受信が可能になるエリアを増大することができると共に複合3次歪みの発生を防止できる。また、受信側において各送信アンテナに対応する伝搬路推定値を容易に求めることが可能である。 Therefore, as in the first to ninth embodiments, it is possible to reduce the dead zone in which the reception power of all pilot subcarriers decreases simultaneously, to increase the area where high-quality reception is possible, and to combine 3 Generation of secondary distortion can be prevented. Further, it is possible to easily obtain a propagation path estimated value corresponding to each transmission antenna on the receiving side.
また、本実施形態ではパイロット信号が送信されるサブキャリアが時間毎に変化しているため、パイロット信号が送信されているサブキャリアがフェージングによって落ち込んでしまって残留位相誤差の測定が困難になってしまった場合でも、単位時間後には別のサブキャリアからパイロット信号が送信される事になる。よって、パイロット信号を正確に受信できる確率が高くなるという効果も得られる。 In addition, in this embodiment, since the subcarriers to which the pilot signal is transmitted change with time, the subcarriers to which the pilot signal is transmitted are dropped due to fading, making it difficult to measure the residual phase error. Even in the case of a failure, a pilot signal is transmitted from another subcarrier after a unit time. Therefore, there is also an effect that the probability that the pilot signal can be accurately received is increased.
Equation Chapter 1 Section 1 本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100…OFDM信号送信装置;
101a,101b…送信アンテナ;
102…符号化器;
103…シリアル・パラレル変換器;
104a,104b…変調器;
105a,105b…シリアル・パラレル変換器;
106…パイロットサブキャリア挿入部;
107a,107b…IFFTユニット;
108…ビーム形成器;
126a,126b…サブキャリア配置装置;
131…カウンタ;
132…サブキャリア配置制御器;
133…パイロットパターン制御器;
201a,201b…受信アンテナ;
202a,202b…FFTユニット;
203…干渉除去回路;
204…残留位相誤差検出器;
205a,205b…位相補償ユニット;
206…パラレル・シリアル変換器;
207…復号化器;
210…伝搬路変動検出器;
211a,211b…伝搬路変動補償器;
100: OFDM signal transmitting apparatus;
101a, 101b ... transmitting antennas;
102 ... Encoder;
103 ... serial-parallel converter;
104a, 104b ... modulators;
105a, 105b ... serial-parallel converter;
106 ... pilot subcarrier insertion part;
107a, 107b ... IFFT unit;
108 ... beam former;
126a, 126b ... Subcarrier placement device;
131 ... Counter;
132 ... subcarrier arrangement controller;
133 ... Pilot pattern controller;
201a, 201b ... receiving antennas;
202a, 202b ... FFT unit;
203 ... interference canceling circuit;
204 ... residual phase error detector;
205a, 205b ... phase compensation units;
206 ... parallel-serial converter;
207 ... Decoder;
210 ... propagation path fluctuation detector;
211a, 211b ... propagation path fluctuation compensator;
Claims (4)
データ信号の送信のためのデータサブキャリアを生成するステップと、
(a)第一のアンテナから複数のOFDMシンボルに渡って送信されるパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第一のベクトルと、第二のアンテナから複数のOFDMシンボルに渡って送信されるパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第二のベクトルとが直交するように配置され、かつ(b)前記複数の送信アンテナから送信される第一の周波数のパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第三のベクトルと、前記複数の送信アンテナから送信される第二の周波数のパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第四のベクトルとが直交するように配置され、かつ(c)単位時間の整数倍の周期で周波数が変化する、パイロット信号の送信のためのパイロットサブキャリアを生成するステップと、
前記データサブキャリア及びパイロットサブキャリアから前記OFDM信号を生成するステップと、を具備するOFDM信号送信方法。 In an OFDM signal transmission method for transmitting an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal having a plurality of subcarriers orthogonal to each other using a plurality of transmission antennas,
Generating data subcarriers for transmission of data signals;
(A) A first vector having as an element the polarity of each pilot subcarrier transmitted from a first antenna over a plurality of OFDM symbols, and a second antenna transmitted over a plurality of OFDM symbols. A second vector having each of the polarities of the pilot subcarriers as an element, and (b) the polarity of each of the pilot subcarriers of the first frequency transmitted from the plurality of transmitting antennas. The third vector having elements and the fourth vector having elements of the polarities of the pilot subcarriers of the second frequency transmitted from the plurality of transmission antennas are arranged to be orthogonal to each other, and (c ) changes the frequency by an integer multiple of the period of unit time, and generates a pilot subcarrier for the transmission of the pilot signal scan And-up,
Generating the OFDM signal from the data subcarriers and pilot subcarriers.
データ信号の送信のためのデータサブキャリアを生成する手段と、
(a)第一のアンテナから複数のOFDMシンボルに渡って送信されるパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第一のベクトルと、第二のアンテナから複数のOFDMシンボルに渡って送信されるパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第二のベクトルとが直交するように配置され、かつ(b)前記複数の送信アンテナから送信される第一の周波数のパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第三のベクトルと、前記複数の送信アンテナから送信される第二の周波数のパイロットサブキャリアの各々の極性を要素として持つ第四のベクトルとが直交するように配置され、かつ(c)単位時間の整数倍の周期で周波数が変化する、パイロット信号の送信のためのパイロットサブキャリアを生成する手段と、
前記データサブキャリア及びパイロットサブキャリアから前記OFDM信号を生成する手段と、を具備するOFDM信号送信装置。 In an OFDM signal transmitting apparatus for transmitting an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal having a plurality of subcarriers orthogonal to each other using a plurality of transmission antennas,
Means for generating data subcarriers for transmission of data signals;
(A) A first vector having as an element the polarity of each pilot subcarrier transmitted from the first antenna over a plurality of OFDM symbols, and a second antenna transmitted over a plurality of OFDM symbols. A second vector having each of the polarities of the pilot subcarriers as an element, and (b) the polarity of each of the pilot subcarriers of the first frequency transmitted from the plurality of transmitting antennas. The third vector having elements and the fourth vector having elements of the polarities of the pilot subcarriers of the second frequency transmitted from the plurality of transmission antennas are arranged to be orthogonal to each other, and (c ) changes the frequency by an integer multiple of the period of unit time, and generates a pilot subcarrier for the transmission of the pilot signal hands And,
Means for generating the OFDM signal from the data subcarriers and pilot subcarriers.
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